Sistema de engranajes

Permite transmitir un movimiento goratorio de un eje a otro, pudiendo modificar las características de velocidad y sentido de giro. Estos ejes pueden ser paralelos, coincidentes o cruzados.

 El sistema de engranajes es similar al de ruedas de fricción. La diferencia estriba en que la transmisión simple de engranajes consta de una rueda motriz con dientes en su periferia exterior, que engrana sobre otra similar, lo que evita el deslizamiento entre las ruedas. Al engranaje de mayor tamaño se le denomina rueda y al de menor piñón.

Relación de transmisión

Para el cálculo de la relación de transmisión entre engranajes se tiene en cuenta el número de dientes de cada rueda en vez de su diámetro (igual que en la transmisión cadena-piñón) cumpliéndose:

Utilidad

Este tipo de transmisiones se usa mucho como reductor de velocidad en la industria (máquinas herramientas, robótica, grúas...), en la mayoría de los electrodomésticos (vídeos, cassetes, tocadiscos, programadores de lavadora, máquinas de coser, batidoras, exprimidores...), en automoción (para las cajas de cambio de marchas).

Ejemplo:

Tren de engranajes

Con engranajes también se pueden conseguir disminuciones o aumentos significativos de la velocidad de giro de los ejes sin más que montar un tren de engranajes. En el dibujo siguiente puede verse que las velocidades de giro de los ejes (N₁, N₂, N₃y N₄) se van reduciendo a medida que se engrana una rueda de menor número de dientes a una de mayor número.

Recordar que, al igual que en los trenes de poleas, las ruedas B y C tienen que girar solidarias entre sí (conectadas al mismo eje), y lo mismo sucede con D y E.

Uso y aplicaciones de los Engranajes

Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor piñón. 

El mecanismo de engranajes más antiguo de cuyos restos se dispone es el mecanismo de Anticitera. Se trata de una calculadora astronómica datada entre el 150 y el 100 a. C. y compuesta por al menos 30 engranajes de bronce con dientes triangulares. Presenta características tecnológicas avanzadas como por ejemplo trenes de engranajes epicicloidales que, hasta el descubrimiento de este mecanismo, se creían inventados en el siglo XIX. Por citas de Cicerón se sabe que el de Anticitera no fue un ejemplo aislado sino que existieron al menos otros dos mecanismos similares en esa época, construidos por Arquímedes y por Posidonio. Por otro lado, a Arquímedes se le suele considerar uno de los inventores de los engranajes porque diseñó un tornillo sin fin.

Usos

Existe una gran variedad de formas y tamaños de engranajes, desde los más pequeños usados en relojería e instrumentos científicos (se alcanza el módulo 0,05) a los de grandes dimensiones, empleados, por ejemplo, en las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en el accionamiento de los hornos y molinos de las fábricas de cemento, etc.

Los encontramos en las centrales de producción de energía eléctrica, hidroeléctrica y en los elementos de transporte terrestre, en la industria siderúrgica, fábricas de cemento, grúas, montacargas, máquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentación, de vestir y calzar, industria química y farmacéutica, etc.

Toda esta gran variedad de aplicaciones del engranaje puede decirse que tiene por única finalidad la transmisión de la rotación o giro de un eje a otro distinto, reduciendo o aumentando la velocidad del primero.

Aplicaciones

Bombas hidráulicas 

La bomba hidráulica lleva en su interior un par de engranajes de igual número de dientes que al girar provocan que se produzca el trasiego de aceites u otros líquidos. Una bomba hidráulica la equipan todas las máquinas que tengan circuitos hidráulicos y todos los motores térmicos para lubricar sus piezas móviles.

Mecanismo diferencial 

El mecanismo diferencial está constituido por una serie de engranajes dispuestos de tal forma que permite a las dos ruedas motrices de los vehículos girar a velocidad distinta cuando circulan por una curva.De esta forma provocan una rotación más rápida del semieje y de la rueda motriz izquierda.

Caja de velocidades

En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad de giro e incremento del torque.

Uso y aplicaciones del Tornillo sin fin

Se denomina tornillo sin fin a un dispositivo que transmite el movimiento entre ejes que sonperpendiculares entre sí, mediante un sistema de dos piezas: el "tornillo" (con dentado helicoidal), y un engranaje circular denominado "corona".

Se utiliza para transmitir la potencia entre ejes que se cruzan, casi siempre perpendicularmente entre sí. En un pequeño espacio se pueden obtener satisfactoriamente relaciones de velocidad comparativamente altas.
La velocidad de giro del eje conducido depende del número de entradas del tornillo y del número de dientes de la rueda. 

Aplicaciones

En los automóviles de principios del siglo XX, antes de la introducción de la dirección asistida, el efecto de un plano o un reventón en una de las ruedas delanteras provocaba que el mecanismo de dirección se desviase hacia el lado del neumático pinchado. El empleo de un sin fin en la columna de dirección reduce este efecto. El desarrollo posterior del sistema de husillo de bolas, permitió reducir aún más los rozamientos; mejorando tanto el control del vehículo como la durabilidad y precisión del mecanismo de dirección.El sin fin es un medio compacto para reducir la velocidad y aumentar el par de giro especialmente en motores eléctricos pequeños, que generalmente son de alta velocidad y de bajo par.

Tornillos sin fin se utilizan en prensas, laminadores, cadenas de montaje, maquinaria en industrias de explotación minera, en timones de barco y en sierras circulares. Además, en fresadoras y máquinas herramienta sirven para ubicar los útiles de corte en la zona de trabajo con alta precisión, utilizando sistemas de doble tornillo con tolerancias estrictas. También se utilizan en los mecanismos de control de muchos tipos de ascensores y de escaleras mecánicas, debido a su tamaño compacto y a la no reversibilidad del movimiento.

Sistemas- Robótica

1.- Uso y utilidad de los Sistemas: simple, serie y paralelo.

Sistema simple:- Es un camino cerrado por donde fluye la corriente eléctrica, desde el polo negativo hasta el polo positivo de una fuente de alimentación (pila, batería, generador, etc).

Sistema serie:Los circuitos en serie se caracterizan por tener las resistencias conectadas en la misma línea existente entre los extremos de la batería o la pila, es decir, situados uno a continuación del otro. Por tanto, la corriente fluye por cada resistor uno tras otro.

Sistema paralelo:Los circuitos en paralelo se caracterizan por tener conectadas varias vías alineadas paralelamente entre sí, de tal forma que cada vía tiene una resistencia y estas vías están conectadas por puntos comunes.

2.- Rol de Tesla en el desarrollo del sistema DC.

El gerente de Continental Edison, Charles Batchelor, era socio y amigo de Thomas A. Edison. Desde un principio, le impresionó el carácter de Tesla y lo urgió a trasladarse a Estados Unidos para trabajar directamente con Edison.

Tesla aceptó su sugerencia y le pidió que le hiciera una carta de presentación.Durante el viaje Tesla perdió su billetera y unas valijas. Arribó a los Estados Undios sin dinero, con nada más que la ropa que llevaba puesta. Afortunadamente, tenía un amigo en Nueva York que lo podía alojar provisoriamente.

A Edison no le causó una buena impresión el joven croata. Edison tenía una escasa educación formal, y sus invenciones eran fruto de un método empírico de prueba y error, mientras que Tesla resolvía mentalmente todos los problemas técnicos, sin hacer experimentaciones. Quizás una de las mayores desaveniencias era que Edison promovía fuertemente sistemas de potencia DC, y se oponía con firmeza al desarrollo de sistemas AC. Tesla estaba íntimamente convencido de la superioridad de la AC. A pesar de sus diferencias, Edison, basándose en la recomendación de Batchelor, le dio trabajo a Tesla.

Rápidamente Edison advirtió que Tesla progresaba en su trabajo, a la vez que hacía valiosas contribuciones. Cuando Tesla sugirió que podía mejorar la eficiencia y reducir el costo de operación de los dínamos DC que fabricaba Edison, el jefe de planta le respondió: "Te daremos cincuenta mil dólares si lo logras".

Durante los siguientes meses, Tesla diseñó 24 nuevos tipos de dínamos DC. Reemplazó los imanes de campo grandes por otros más pequeños y eficientes, y agregó importantes controles automáticos. Las máquinas funcionaron como Tesla predijo, y la compañía Edison adquirió así numerosas patentes nuevas.

A mediados de 1885, cuando Tesla reclamó los cincuenta mil dólares prometidos, la respuesta de Edison fue la siguiente: "Tesla, tú no comprendes el sentido del humor americano". Furioso, además de no recibir ni un céntimo extra por su productividad, más allá de su salario de $18 semanales, Tesla renunció a su trabajo con Edison.

3.- Ejemplo de escalera H

Un Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso.Se usa para invertir el giro de un motor, pero también puede usarse para frenarlo (de manera brusca), al hacer un corto entre las bornas del motor, o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo su propia inercia, cuando desconectamos el motor de la fuente que lo alimenta. 

Ejemplo: 

La Guerra de las Corrientes

La Guerra de las corrientes fue una competencia económica y tecnológica producida en los años 1880, por el control del incipiente mercado de la generación y distribución de energía eléctrica. 

La electricidad era la palabra mágica a fines del s. XIX. Desde las tentativas iniciales de Benjamin Franklin o de Michael Faraday hasta la tecnología del telégrafo, las aplicaciones para la electricidad crecían continuamente.

Después de la Exposición Mundial de París en 1881 y de la presentación de la lámpara de Edison, los nuevos sistemas de iluminación eléctricos se convirtieron en el logro tecnológico más importante del mundo.La demanda de electricidad pronto condujo al deseo de construir centrales eléctricas más grandes y de llevar la energía a mayores distancias. Además, la rápida distribución de motores eléctricos industriales provocó una fuerte demanda por un voltaje diferente a los 110 V usados para la iluminación.

Corriente continua y alterna

El sistema de Edison, que utilizaba la corriente continua , era poco adecuado para responder a estas nuevas demandas. El problema del transporte era aún más difícil, puesto que la transmisión interurbana de grandes cantidades de CC en 110 voltios era muy costosa y sufría enormes pérdidas por disipación en forma de calor.

En 1886, George Westinghouse, un rico empresario pero un recién llegado en el negocio eléctrico, fundó Westinghouse Electric para competir con General Electric de Edison. El sistema de la primera se basó en los descubrimientos y las patentes de Nikola Tesla, quien creyó apasionadamente en la superioridad de la corriente alterna(CA). Su argumento se basaba en que las pérdidas en la transmisión de electricidad dependían de la intensidad a mayor voltaje, menor intensidad de corriente es necesaria para transmitir la misma potencia y por lo tanto, menores pérdidas. Y a diferencia de la CC, el voltaje de la CA se puede elevar con un transformador para ser transportado largas distancias con pocas pérdidas en forma de calor.