A los alumnos de Tecnología Industrial, os presento los apuntes del bloque III de contenidos, los procedimientos de fabricación mecánica. Todos los objetos que encontramos y utilizamos diariamente, como pueden ser los automóviles, los muebles, los electrodomésticos, los libros, etc, no se encuentran en la naturaleza, sino que han sido creados por el hombre, partiendo de materias primas de la propia naturaleza ya que, por medio de diversos procesos de fabricación, se les ha dado la forma apropiada para conseguir cubrir una necesidad o aumentar el bienestar humano.
Tras analizar algunos materiales de uso técnico, sus propiedades y su tipología, pasamos a describir los métodos que se emplean para fabricar diferentes elementos, artilugios y productos tecnológicos.
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 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.
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.
El tornillo sinfin es un mecanismo de transmisión circular compuesto por dos elementos: el tornillo (sinfín), que actúa como elemento de entrada (o motriz) y la rueda dentada, que actúa como elemento de salida (o conducido) y que algunos autores llaman corona. La rosca del tornillo engrana con los dientes de la rueda de modo que los ejes de transmisión de ambos son perpendiculares entre sí.
El funcionamiento es muy simple: por cada vuelta del tornillo, el engranaje gira un solo diente o lo que es lo mismo, para que la rueda dé una vuelta completa, es necesario que el tornillo gire tantas veces como dientes tiene el engranaje. Se puede deducir de todo ello que el sistema posee una relación de transmisión muy baja, o lo que es lo mismo, es un excelente reductor de velocidad y, por lo tanto, posee elevada ganancia mecánica. Además de esto, posee otra gran ventaja, y es el reducido espacio que ocupa.
Eltornilloes considerado una rueda dentada con un solo diente que ha sido tallado helicoidalmente (en forma de hélice). A partir de esta idea, se puede deducir la expresión que calcula la relación de transmisión:
donde Z representa el número de dientes del engranaje.
Veamos un ejemplo: supongamos que la rueda tiene 60 dientes. En este caso, el tornillo debe dar 60 vueltas para el engranaje complete una sola vuelta y, por lo tanto, la relación de transmisión del mecanismo es
Este mecanismo no es reversible, es decir, la rueda no puede mover el tornillo porque se bloquea.
Aplicaciones:
El tornillo sinfín en las clavijas de una guitarra
En nuestra vida cotidiana lo podemos ver claramente en las clavijas de una guitarra. En este caso, la cuerda es recogida con presición por eje de transmisión de una pequeña rueda dentada que es conducida por un tornillo que gira gracias a la acción de la clavija.
No podemos olvidar el limpiaparabrisas, que se acciona gracias a este mecanismo.
En los siguiente vídeos veréis el mecanismo en acción. En ambos observa lo lento que gira la rueda dentada y fíjate cómo en el primer vídeo se intenta girar el tornillo accionando el engranaje. Es imposible.
Tenéis a vuestra disposición los apuntes de mecanismos de transformación del movimiento que trabajaremos pronto. Podeís bajar los apuntes y tenerlos dispuestos para el día que tengamos clase.
La fabricación de piezas metálicas de una forma y tamaño definidos, fundiendo un metal o aleación y vertiéndolo en moldes construidos previamente, es la técnica que se designa con el nombre de conformación por moldeo. Un molde es un recipiente que presenta una cavidad en la que se introduce el material en estado líquido que, al solidificarse, adopta la forma de la cavidad. A esta técnica también se le llama fundición o colada. Permite dar forma a muchos materiales con un buen acabado.
Para crear una pieza mediante esta técnica es preciso seguir una serie de pasos:
En primer lugar, se debe diseñar la pieza que se desea moldear empleando las herramientas gráficas oportunas.
Una vez que se ha realizado el diseño de la pieza que se desea fabricar, es necesario construir un modelo. Generalmente se elaboran en madera o yeso, de forma totalmente artesanal.
A partir del modelo se construye el molde, que puede ser de arena; si la pieza es hueca es preciso fabricar también los machos o noyos, que son unas piezas que recubren los huecos interiores. En todos estos pasos se debe tener en cuenta el material elegido para la fabricación de la pieza. El proceso de llenado del molde se conoce como colada.
El desmoldeo consiste en extraer la pieza del molde una vez solidificada. En muchos casos, y fundamentalmente cuando se requiere precisión, deben realizarse
tratamientos de acabado sobre las piezas obtenidas. Los materiales con los que se construyen las piezas suelen ser metales y aleaciones, y deben poseer las siguientes características:
– Punto de fusión bajo (para ahorrar combustible).
– Bajo coeficiente de dilatación en estado líquido (para que la contracción del metal sea pequeña).
– Bajo coeficiente de dilatación en estado sólido (para disminuir el peligro de formación de grietas durante el enfriamiento).
Cajas de moldeo
El método de moldeo por arena emplea como tal una variedad llamada sílice (SiO2). La arena se aglomera (compacta) gracias a la ayuda de agua y arcilla.
Antes de nada, deben contruirse o emplearse unas cajas de moldeo (de madera, acero, …) que contendrán la arena compactada junto al modelo. Se emplean dos cajas: La caja superior y la inferior (o de fondo). Ambas se unen con clavijas durante el moldeo. Se rellena la caja inferior con arena y se compacta. Se introduce el modelo. El modelo está dividido en dos mitades. En este caso se introduce la mitad del modelo. Se repite el proceso con la otra mitad, incorporando un canal, llamado bebedero por el que entrará el metal fundido y también se deja otro canal llamado mazarota que asegura la evacuación de los gases.Se abre el molde y se retiran los modelos. Se vuelven a unir las dos mitades sin olvidar los machos que ocupen el lugar de los huecos de la pieza final. Una vez secado el molde, se retiran las cajas de moldeo. Se vierte el metal fundido hasta rellenar el hueco originado por el modelo, dejando transcurrir el tiempo necesario para que el metal solidifique. A continuación, se rompe el molde y se elimina la arena que haya quedado adherida a la pieza, incluido el macho.
En los siguientes vídeos podrás visualizar el proceso de creación del molde de arena
En este otro vídeo, además podrás visualizar cómo se emplea el molde de arena para verter el metal líquido y conseguir la pieza deseada.
El MIT, Instituto Tecnológico de Massachusetts, es uno de las instituciones más prestigiosas del mundo en materia de investigación en ciencia, ingeniería, economía y, en definitiva, desarrollo tecnológico. Además, es posible realizar estudios en ella, si consigues una de sus prestigiosas becas. El MIT se encuentra situado en la ciudad de Cambridge,en el estado de Massachusetts (USA). Pues bien, resulta que han desarrollado un modelo de batería que se puede recargar … ¡en segundos!. En definitiva, que se acabó enchufar el móvil o la cámara de fotos durante horas y esperar a que las dichosas baterías se recarguen.
La mayoría de las baterías recargables de hoy en día son las denominadas deión-litio, las cuales tienen la ventaja de ser ligeras y, a la vez, tener una buena capacidad de carga. Las podemos encontrar ahora en todas partes: teléfonos móviles, ordenadores portátiles, reproductores MP3, cámaras fotográficas, … Sin embargo tienen una pega, tienen un tiempo de recarga un tanto alto… ¡Vamos! ¡Que son lentas cargando!, aunque eso sí, son lentas descargándose. Los que ya tienen sus añitos recordarán esas inmensas pilas recargables, pesadas y de corta duración que te ponían de los nervios. Estas nuevas baterías se basan en la tecnologías de la ya tradicionales de ión-litio pero, ingenieros del MIT han ideado una forma de cargarla en un periodo que va de ¡10 a 20 segundos! .
Las nuevas baterías se llaman de fosfato de ión-litio. Se creía que existía un límite en la velocidad a la que podían desplazarse los iones y electrones por dentro del circuito de las batería. Parece ser que
Ya no será aburrido esperar a que se recargue la batería de nuestro movil
los iones pasan por túneles minúsculos cuyas entradas se encuentran en la superficie del material. Los científicos descubrieron que para entrar a esos túneles, los iones debían encontrarse exactamente frente a las entradas, lo que limitaba la velocidad de recarga. La solución fue tan simple como diseñar un material que guiase los iones hacia las entradas de los túneles.
Para colmo elefecto memoria dejaría de ser un problema, ¿y qué es eso? No sé si os habías dado cuenta, pero si tienes la fea costumbre de recargar la batería cuando aún falta mucho tiempo para que se descargue, o la tienes recargando más de la cuenta, con el paso del tiempo notas que la batería cada vez dura menos. Eso sucede por culpa del efecto memoria. Para evitar el efecto memoria, lo mejor es esperar a que la batería esté casi del todo descargada y cuidar que no esté mucho tiempo en recarga. Con estas nuevas baterías este problema desaparece. Enchufas, esperas unos segundos, y listo.
Pero las posibilidades no se quedan ahí, si dotamos a los coches eléctricos o a los coches solares con este tipo de baterías no tendrás que esperas siete largas horas hasta que se recargue. ¡Nada de eso! sólo esperarás segundos. ¡Una pasada!.
Para los alumnos de 3º ESO, tenéis a vuestra disposición los apuntes relativos a informática, los cuales forman parte del próximo tema. Aprenderéis a conocer las tripas de los PCs y algunos conceptos básicos de su funcionamiento. Hoy en día, cualquier persona debería conocer un poco cómo son esos cacharros que están presentes en nuestros hogares desde hace poco tiempo conviviendo con otros electrodomésticos más tradicionales.
En el video que os presento a continuación, MicroSoft os presenta el que considera el futuro de las nuevas tecnologías aplicadas a diferentes facetas de la vida. Entre ellas se incluye, la lectura de un periódico digital, la compra en un supermercado, la forma de comerciar, las nuevas mesas de salón interactivas, las nuevas formas de diagnóstico y gestión en medicina, las futuras tecnologías en la educación, … Si ya ha habido una revolución desde hace diez años hacia aca. ¿Qué está por venir? Aunque el futuro siempre es un enigma, resulta interesante especular sobre él.
Así que, ¡chicos!, preparaos para el futuro que os espera
Para los alumnos de tecnología industrial os aporto los apuntes teóricos relativos a los materiales de uso técnico que incluyen: La madera y sus derivados, los plásticos, las fibras textiles, los materiales pétreos y los materiales cerámicos. Sacadle partido.
Para los alumnos de segundo ESO, tenéis a vuestra disposición los apuntes del próximo tema que trabajaremos en clase: los mecanismos. Este tema os introducirá en el mundo de la mecánica y os ayudará a entender cómo funcionan diversas máquinas que utilizamos cada día, desde un reloj hasta el motor de un automóvil.
¡Baja los archivos e imprímelos!
Fabricación por deformación del material
Aprendemos tecnología 