martes, 19 de febrero de 2019

ENERGÍA EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO

En este diagrama vemos cómo utilizamos a los electrones libres de los conductores como PORTADORES de energía.


  • Esta energía la facilita el generador (pila, transformando energía química en eléctrica)

  • En el receptor los electrones ceden gran parte de su energía, que se transforma en otra. (se transforma en luz y calor en la bombilla).


martes, 11 de diciembre de 2018

MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTO. C. Ortega

MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTO

ANTES DE NADA:

Los mecanismos de transformación de movimiento van a convertir un tipo de movimiento en otro. Por ejemplo un giro en un movimiento rectilíneo, como hace una rueda sobre una pista.





MECANISMOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES


Decimos que un mecanismo de transformación de movimiento es REVERSIBLE cuando puede ser elemento motor cualquiera de sus dos elementos.

Quiere decir que si el mecanismo puede convertir un tipo de movimiento A en otro B, también puede convertir el tipo de movimiento B en el tipo A.



El mecanismo de transformación es IRREVERSIBLE cuando solo un elemento puede ser elemento motor.


CUIDADO:  No tiene nada que ver con que el  elemento motor pueda girar en un sentido y en el contrario.




PIÑÓN CREMALLERA




Es reversible:


  • Transforma giro en movimiento rectilíneo, cuando el elemento motor es el piñón (rueda dentada).

  • Transforma movimiento rectilíneo en giro, cuando el elemento motor es la cremallera.

Tiene limitado su movimiento a los extremos de la cremallera.


Es el mecanismo que acciona  las puertas de garaje correderas


También es el responsable de la bajada del taladro de columna del taller.




La bandeja de los DVD se abre y cierra gracias a este mecanismo de piñón cremallera




TORNILLO TUERCA

Es irreversible.  SOLO EL TORNILLO PUEDE SER ELEMENTO MOTOR. Aunque se podría configurar de manera que la tuerca fuese motriz, siendo también en este caso irreversible. 

Transforma giro en movimiento rectilíneo.  No al contrario.


Con el tornillo (o husillo)  como elemento motor podemos tener dos configuraciones:

1) Tuerca fija y tornillo gira, a la vez que avanza en línea recta.



2) Tornillo fijado mediante rodamientos (piezas de color celeste en la animación de abajo). El tornillo puede girar pero no desplazarse. Entonces la tuerca se mueve en línea recta. 




TORNO Y CABRESTANTE
Son mecanismos de tambor y cuerda o cable de acero.

Convierten movimiento de giro en lineal.



Son mecanismos reversibles.

Es decir, pueden convertir movimiento de giro en lineal; y movimiento lineal en giro. 

Pero en la realidad, para que sean prácticos, se les añade mecanismos como los trinquetes que no permiten la conversión de movimiento lineal en giro.

Se analizan como una palanca.

El brazo de la fuerza aplicada es la longitud de la manivela.

El brazo de la fuerza resistente es el radio del tambor.




CONJUNTO BIELA MANIVELA



Está formado por dos barras articuladas:


  • Una pequeña, llamada manivela, que gira.

  • Una mayor, llamada biela, en cuyo extremo hay una deslizadera entre unas guías.

Es un mecanismo reversible:

  • Convierte movimiento de giro en rectilíneo alterno, cuando la manivela es elemento motor.

  • Convierte movimiento rectilíneo alterno en giro, cuando la biela es el elemento motor. Los motores de gasolina y gasoil están constituidos por este mecanismo.
Cuando la biela es elemento motor el mecanismo presenta dos puntos donde se puede quedar agarrotado. Se conocen como Puntos Muertos.

Se dan cuando la biela y manivela están en línea, son:

PMS Punto Muerto Superior. Biela y manivela en línea recta en prolongación.

PMI Punto Muerto Inferior. Biela y manivela en línea recta pero solapadas.


Para sacar al mecanismo de estos puntos se añade masa a la manivela para que la inercia de su giro saque al mecanismo de estos puntos muertos.



O se sustituye la manivela por una rueda o volante de inercia



Máquina de vapor. El volante de inercia (rueda) vence los puntos muertos 

Cuando se tienen varios conjuntos de biela manivela como pueden ser motores de varios cilindros, se acopla todas las manivelas formando lo que se denomina un CIGüEÑAL




Las manivelas se desplazan un cierto ángulo para que cuando alguna esté en un punto muerto las otras estén en pleno recorrido venciéndose ese punto. 



CONJUNTO BIELA MANIVELA BALANCÍN

Es un mecanismo formado por 3 barras articuladas de diferente tamaño:



Como puedes ver:


  • La manivela (la más pequeña) va a girar.
  • La biela hace de unión. Es la más larga.
  • El balancín, de tamaño intermedio, no puede girar al ser mayor que la manivela, por tanto se mueve en ángulo de manera alterna.



Es un mecanismo reversible:

  • Convierte movimiento de giro en angular alterno cuando el elemento motor es la manivela.

  • Convierte movimiento angular alterno en giro cuando el elemento motor es el balancín. En este caso hay dos puntos muertos que se dan en las posiciones extremas del balancín. Se recurre a las mismas soluciones que con la biela manivela.



Mira lo que consigue Theo Jansen con mecanismos de barras articuladas accionados por la fuerza del viento.



LEVAS/EXCÉNTRICAS Y SEGUIDOR

Son mecanismos irreversibles.  Transforman giro en movimiento rectilíneo alterno. Solo la leva o excéntrica puede ser elemento motor.


La excéntrica es un rueda que está montada en un eje en un punto que no es el centro de la rueda, de ahí su nombre. El seguidor (SLIDE) se mueve con movimiento rectilíneo alterno.

Reciben el nombre de levas los elementos que giren que tengan formas diferentes de una rueda.


En este caso la leva tiene forma de pera.

Pero pueden tener muy diversas formas.



Aqui se varía la amplitud y velocidad de movimiento lineal según para cada lado.




Las levas son las encargadas de abrir y cerrar las válvulas de admisión de combustible y expulsión de gases de escape de los motores, utilizando el giro del propio motor.


COMBINANDO LEVAS CON OTROS ELEMENTOS SE OBTIENEN OTROS TIPOS DE MOVIMIENTO A PARTIR DEL GIRO.




En este, con "la cruz de malta" se transforma un movimiento de giro constante en uno de giro a saltos.



Otra posibilidad


Si le ponemos un balancín convertimos giro en movimiento angular alterno.









                                                                                                                                                                                                                                                      Carlos Ortega.

martes, 2 de enero de 2018

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. C. Ortega


MATERIAS PRIMAS

Son las sustancias que obtenemos directamente de la naturaleza. Pueden ser:

  1. Minerales:  arena, granito, mármol, arcilla.
  2. Vegetales: madera, algodón, lino, corcho.
  3. Animales: lana, seda, cuero, pieles.
MATERIALES

Son las materias primas transformadas mediante procesos físicos y o químicos para que puedan ser utilizadas para la fabricación de objetos.

Los materiales los tenemos disponibles en FORMAS COMERCIALES.

Por ejemplo:
  • Madera:  listones, tableros, tablas, perfiles.
  • Metales:  Planchas, láminas, pletinas, tubos, barras.
Formas comerciales de madera.
Algunas formas comerciales de los metales



PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Son las características de los materiales, que hacen que se comporten de una manera determinada según los estímulos a que se les sometan. 

Las ordenamos en tres tipos:
  • Físicas.
  • Químicas.
  • Ecológicas.


1.- PROPIEDADES FÍSICAS

1.1.-PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES MECÁNICAS

ELASTICIDAD: Es la facilidad que muestra un material para deformarse bajo los efectos de una fuerza y de recuperar su forma cuando la fuerza cesa.

Cuando hablamos en un material elástico lo primero que se nos viene a la cabeza es una gomilla elástica, que es un material superelástico.

Pero ¿sabes que el acero es también elástico? 


PLASTICIDAD: Es la facilidad que muestra un material para deformarse bajo los efectos de una fuerza y de mantener la nueva forma cuando cesa la fuerza.

Por lo general muchos materiales presentan estos dos comportamientos, primero se deforman pudiendo volver a su forma anterior si dejáramos de hacer fuerza, y si continuamos haciendo fuerza quedan con la forma deformada. Si continuamos haciendo más fuerza llegamos a romperlo. Por ejemplo con la varilla del tapón del bolígrafo


RIGIDEZ: Es la propiedad que demuestra un material de no deformarse bajo los efectos de una fuerza.

OJO: contrariamente a lo que puedas suponer para fines resistentes se prefieren los materiales elásticos a los materiales muy rígidos, pues estos últimos según qué condiciones pueden resultar poco resistentes.

El vidrio es un material rígido.....


DUREZA:  Es la facilidad que presenta un material para ser rayado o pinchado por otro.

Hay que tener en cuenta que con demasiada frecuencia se confunde dureza con tenacidad. En muchos casos un material duro es a la vez frágil o poco tenaz.  El vidrio es duro....

Un material poco duro se dice que es BLANDO.

La dureza se mide mediante la escala de Mohs. El material más blando es el talco, y el más duro es el diamante. En la escala de Mohs, el material por encima de otro raya a este. 
Escala de Mohs

La escala de Mohs resulta imprecisa a nivel tecnológico. Por ello se realizan ensayos (pruebas) a los materiales, para determinar su dureza con carácter numérico, no comparativo como en la escala de Mohs.

Se tienen Pruebas de Dureza en las que se mide la huella dejada al rayar o presionar, como:

La Dureza Martens:

Se raya el material con un cono de diamante, se mide el ancho de la huella. Cuanto menos ancha es la hendidura más duro es el material.

La Dureza Brinel:

Se presiona una bola de acero templado duro contra el material un tiempo determinado y dependiendo del tamaño de huella dejada se determina su dureza.

La Dureza Vickers:

Se presiona una pirámide de diamante contra el material y dependiendo del tamaño de huella dejado se determina su dureza.

La Dureza Rockwell:  Se utilizan bolas de acero o un cono de diamante con la punta redondeada según el material.


TENACIDAD: Es la resistencia que demuestra un material a romperse cuando es golpeado.  
Más estrictamente, es la resistencia que opone un material a golpes mediante deformación plástica.



No confundir de aquí en adelante dureza con tenacidad. Cuando queremos decir que algo es resistente diremos que es tenaz, no duro.




1.2.- PROPIEDADES FÍSICAS.  PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

DUCTILIDAD:  facilidad que muestra un material para extenderse en forma de hilos o alambres.

El cobre es un metal dúctil.

Las barras de la pistola termoencoladora son de un material muy dúctil en caliente, se forman hilos a la mínima.

MALEABILIDAD:  Facilidad que muestra un material para poder darle forma extendiéndolo en forma de láminas o planchas. 


El oro es un metal muy maleable, es posible darle forma de láminas muy delgadas.


El dorado de los pasos se realiza con estas finísimas láminas de oro. 

COLABILIDAD: Es la capacidad de un material fundido para colarse en un molde y penetrar en todos sus resquicios llenándolo totalmente, para producir objetos completos y sin fallos. Para que un material sea colable debe tener una gran fluidez.



FORJABILIDAD: Facilidad que presenta un material para darle forma a golpes en caliente. El método de dar forma así, se denomina forjado.



FUSIBILIDAD: Propiedad que permite obtener piezas fundidas sanas mediante fusión. 

SOLDABILIDAD:  facilidad que presenta un material para realizar uniones mediante fusión. 

TEMPLABILIDAD: Propiedad que presentan algunos materiales de cambiar su estructura interna frente a cambios bruscos de temperatura.

MAQUINABILIDAD O FACILIDAD DE MECANIZADO: Facilidad que presentan algunos materiales para ser trabajados mediante herramientas cortantes.



1.3 PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES TÉRMICAS

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Facilidad que muestra un material para conducir el calor.  los metales son buenos conductores del calor, no así la madera o el plástico.

DILATACIÓN TÉRMICA:  Aumento de tamaño que experimentan los materiales al aumentar su temperatura.

Por ello en grandes estructuras como edificaciones y railes de ferrocarril se realizan juntas de dilatación. Si no fuera así el material reventaría por la presión o los railes se curvaría por la misma.

Junta de dilatación en una edificación
Junta de dilatación. Los railes no se tocan.

La dilatación térmica se utiliza en termostatos y en interruptores automáticos como medida de protección.  sabemos que el paso de la corriente eléctrica produce calor  (Efecto Joule), ese calor hace que una lámina de metal se dilate y así, mediante un mecanismo que abre un interruptor, se corta el paso a la corriente eléctrica.
Termostato
Interruptor automático de un cuadro eléctrico.


1.4  PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES ÓPTICAS

GRADO DE TRANSPARENCIA
Según atraviese la luz un material o no tenemos:

  • Materiales Transparentes:  La luz los atraviesa y se puede ver a través de ellos.
  • Materiales Translúcidos: la luz los atraviesa pero no se puede ver con nitidez a través de ellos.
  • Materiales Opacos:  La luz no los atraviesa ni puede versa a través de ellos.


REFLEXIÓN: Ocurre cuando la superficie del material refleja la luz como lo hace un espejo.

REFRINGENCIA: Capacidad de un material, por lo general transparente, para generar refracción de la luz.  Refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos de luz a atravesar un material. Gracias a la refracción utilizamos gafas para poder corregir defectos ópticos.


Debido a la refacción, vemos desde la orilla un pez más arriba de donde está.


1.5 PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES ACÚSTICAS

CONDUCTIVIDAD ACÚSTICA: Capacidad de un material para conducir el sonido.

Los materiales pueden ser conductores o aislantes del sonido.


El aire es un conductor del sonido. Las vibraciones de la campanilla originan unas variaciones en la presión del aire que se transmiten por el mismo hasta que nuestro oído las capta.

Además de conducir o no el sonido los materiales también pueden:

  • Reflejar el sonido.
  • Absorber el sonido.
Cuando se produce la reflexión del sonido tenemos el efecto de eco o reverberación.
Efecto ECO
En una habitación vacía percibimos el efecto de reverberación. Nos llegan ecos en instantes de tiempo distintos.
Efecto de REVERBERACIÓN


Material absorbente del sonido




1.6 PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES ELÉCTRICAS.

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA: capacidad de un material para dejar pasar, a través de él una corriente eléctrica.  (corriente de electrones)

Según la conductividad eléctrica de los materiales, estos se clasifican en:

CONDUCTORES ELÉCTRICOS: Permiten el paso de la corriente eléctrica. Los metales son buenos conductores.
Hay un tipo de conductores que se denominan SUPERCONDUCTORES, permiten el paso de la corriente eléctrica sin casi ninguna pérdida de energía. Se resistencia eléctrica es cero y presentan levitación magnética.

Material superconductor.
El tren de levitación magnética, utiliza superconductores, no toca las vías. Puede circular a más de 550 Km/h



AISLANTES ELÉCTRICOS: No permiten el paso de la corriente eléctrica. Los plásticos son buenos aislantes.

Los cables eléctricos son de cobre, aislados por plástico.
SEMICONDUCTORES: Según las condiciones a las que se les someta se comportan como conductores o aislantes. Los dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, ordenadores, televisiones, etc, contienen chips que se fabrican con semiconductores.

Dispositivos electrónicos

Chip electrónico.
1.7 PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES MAGNÉTICAS.

El magnetismo se pone de manifiesto cuando ciertos materiales ejercen fuerzas de atracción y repulsión sobre otros. Estos materiales se denominan imanes. Crean lo que se llama un campo magnético, que es la zona del espacio donde se nota su presencia.
Campo magnético de un imán permanente.
En la naturaleza el mineral de magnetita es un imán natural.

Los imanes suelen ser:

Imanes cerámicos o FERRITAS



Imanes de NEODIMIO
Los imanes de Neodimio crean un campo magnético muy fuerte.

Podemos fabricar un imán artificial si hacemos un electroimán. Si enrollamos cientos de vueltas de cable de cobre barnizado (aislado) sobre una pieza de hierro o acero y conectamos los extremos del cable lijados a los terminales de una pila.


¡TE ATREVES A HACER UNO?

Material necesario:

  • Tornillo Métrico 8  ( 8 mm de diámetro) de 70 u 80 milímetros de longitud.
  • Tuerca métrica de 8.
  • Cable de cobre barnizado, de un motor viejo.
  • Pila de 4,5 V (petaca) , o la fuente de alimentación del taller.
  • Lima.

Importante: Cuantas más vueltas (espiras) mejor, más fuerte será el electroimán, y no descargarás la pila en segundos. Procurar enrollar las espiras de manera ordenada.

En relación al magnetismo los materiales pueden ser:

  • Magnéticos: son afectados por imanes.
  • No magnéticos: No son afectados  por los imanes. Ejemplo, la madera o el plástico.

Los materiales que son atraídos por los imanes se denominan materiales ferromagnéticos.

Las puntillas, de acero, son ferromagnéticas.
El hierro puro es ferromagnético en presencia del imán permanente, cuando éste está cerca se convierte en otro imán y se atraen. Cuando el imán se aleja, el hierro deja de ser un imán. Presenta imantación no permanente.

El acero (hierro+carbono) también es ferromagnético,  cuando se le acerca un imán permanente, se convierte en otro imán, pero queda imantado de manera permanente.

Destornillador imantado.


2) PROPIEDADES QUÍMICAS.

RESISTENCIA A OXIDACIÓN:
La oxidación se produce cuando un material en su capa externa reacciona con el oxígeno del aire o del agua, formándose una capa de óxido del material. Pueden darse dos casos:

  • La capa de óxido es permeable al oxígeno:  En este caso, al poder entrar el oxígeno la oxidación sigue penetrando en el material, el óxido se desprende y el material termina por descomponerse. Es el caso del hierro y el acero. Deben de protegerse con pinturas o baños de otros metales.
  • La capa de óxido es impermeable al oxígeno:  En este caso la capa de óxido externa se convierte en una capa de protección contra la oxidación.  Es el caso del Aluminio, Cinc o Estaño. En este caso tenemos materiales resistentes a oxidación.

Una manera muy común de proteger el acero contra la oxidación es mediante el galvanizado. Se le recubre, mediante electrólisis, de una capa de Cinc.

Cubo de acero galvanizado

3) PROPIEDADES ECOLÓGICAS.

El impacto del uso de los distintos materiales tecnológicos sobre el medio ambiente es muy importante, por ello se definen propiedades ecológicas. Según éstas los materiales pueden ser:

MATERIALES REUTILIZABLES.
Los materiales se pueden volver a utilizar para el mismo uso.

Botella reutilizable
MATERIALES RECICLABLES
Son materiales que pueden ser utilizados para fabricar otro igual o diferente.

Símbolo de material reciclable.
MATERIALES BIODEGRADABLES
Son materiales que se descomponen fácilmente en la naturaleza, no dando como resultado residuos nocivos.
Símbolo de material biodegradable. 
Bolsa biodegradable. Fabricada a partir de almidón de patata.
MATERIALES TÓXICOS

Son materiales que resultan nocivos (perjudiciales) para el medio ambiente y la vida de animales y plantas. Pueden producir contaminación de tipo:

  • Química: Son venenosos.
  • Biológica: Producen enfermedades.
  • Radioactiva. Emiten radiaciones perjudiciales (radioactividad).

No pueden verterse al medio ambiente.

Material tóxico. Venenoso
Peligro Biológico. Enfermedades

Material Radioactivo.

¿SABÍAS QUE? LAS PILAS SON MUY TÓXICAS, EN ESPECIAL LAS ALCALINAS, Y MUCHO MÁS LAS PILAS DE TIPO BOTÓN.


Una pila alcalina puede contaminar miles de litros de agua.
Las pilas contienen manganeso, cinc, cadmio y mercurio.Estos elementos son muy dañinos para la salud. Al descomponerse la pila se filtran al suelo y contaminan el agua que allí se encuentra.

Esta contaminación puede originar problemas en los riñones, daños al sistema nervioso central, cáncer e incluso la muerte dependiendo de la cantidad ingerida.