Operatividad con sistemas mecánicos, hidráulicos, neumáticos y eléctricos de máquinas e instalaciones para la transformación de polímeros y su mantenimiento. QUIT0209

Una cremallera es una pieza alargada en forma de barra rectangular con una de sus caras laterales dentada. En cierta forma, es una evolución de la rueda dentada, ya que puede emplearse para formar un engranaje.

Un tornillo sin fin es un tornillo que carece de cabeza y que engrana sobre una rueda dentada. Generalmente, los ejes del tornillo y de la rueda dentada se cruzan sin cortarse, formando un ángulo de 90º, siendo el tornillo el encargado de transferir movimiento a la rueda.

El tornillo sin fin está ideado para la transformación de un movimiento giratorio en uno lineal y viceversa. Su uso es frecuente en cierres automáticos de máquinas y en otros mecanismos de taladros, tornos, fresadoras...

Tornillo y tuerca (u orificio roscado) son dos órganos que suelen ir asociados. El primero presenta la forma de una barra cilíndrica sobre la que se ha practicado un surco helicoidal, mientras que el segundo tiene una forma complementaria de orificio de sección circular, igualmente conformado por un surco helicoidal. Dichos surcos pueden ser cuadrados o triangular

El tornillo tiene un uso muy extendido, ya que permite la transformación de un movimiento giratorio en uno lineal, siendo empleado principalmente en uniones desmontables y mecanismos de desplazamiento.

Sabía que...

Uno de los tipos de acoplamientos más habituales son los acoplamientos elásticos, más conocidos por juntas cardán.

Actividades

7. Busque en Internet imágenes de las juntas cardán.

3. Elementos de máquinas

Las máquinas se componen, como ya se ha visto, de órganos, pero no son solo un conjunto de estos, ya que para su construcción y adecuado funcionamiento incluirán una serie de componentes auxiliares que permitan de alguna manera la unión o asociación de dichos órganos.

Definición

Elemento Es cualquier componente o pieza sencilla, reconocible como un objeto individual, que forma parte de una máquina y que permite su adecuado funcionamiento. Por elemento también puede entenderse cada uno de los componentes individuales que forman un órgano.

Dichos elementos se pueden clasificar de la siguiente forma.

3.1. Mecánicos

Los elementos mecánicos, a su vez, pueden ser constitutivos, de unión o de rodadura:

1 Constitutivos: son los que conforman la estructura y determinan el volumen y aspecto exterior de la máquina. Por ejemplo: bastidores, planchas metálicas para envolver todo o parte de la máquina, bancadas, etc.

2 De unión: aquellos elementos que se emplean para juntar dos o más componentes, ya sea de forma que los diferentes elementos se fijen de manera permanente unos a otros (soldaduras, remaches…) o mediante una unión que pueda ser desmontada (pasadores, grapas, tornillos…).

3 De rodadura: son los componentes que constituyen los órganos destinados a facilitar un movimiento giratorio, entre otros dos elementos, así como los componentes auxiliares, reduciendo los desgastes y la generación de calor por rozamiento entre piezas.

3.2. Neumáticos

Los neumáticos son aquellas piezas o componentes que constituyen las líneas de aire comprimido en una máquina, ya sean líneas para la regulación del equipo o para garantizar la operatividad del mismo. Por ejemplo: convertidores de señales, válvulas electroneumáticas, cilindros neumáticos…

3.3. Hidráulicos

Elementos hidráulicos son aquellas piezas o componentes constituyentes de las líneas hidráulicas (generalmente, llenas de aceite hidráulico) en una máquina, ya sean líneas para la regulación del equipo o para garantizar la operatividad del mismo. Por ejemplo: convertidores de señales, válvulas hidráulicas, cilindros hidráulicos...

3.4. Eléctricos

Los eléctricos son componentes que constituyen las líneas por donde circula la electricidad (eléctricas) de la máquina. Suelen dividirse en:

1 Elementos eléctricos de potencia (motores): aquellos que, partiendo de una energía eléctrica, proporcionan energía mecánica (movimiento de manera general).

2 Elementos eléctricos de regulación y maniobra y gestión de la máquina. Por ejemplo: relés, pulsadores, selectores, etc.

3.5. Electrónicos

Elementos electrónicos son los componentes que conforman las líneas electrónicas de la máquina. Suelen estar todos enlazados a un núcleo central que da las órdenes para la gestión de la máquina. En función del tamaño, complejidad y potencia de la máquina, este elemento central será más o menos complejo, pudiendo encontrar desde simples controles paro-marcha o sistemas gestionados por un simple circuito impreso, hasta PLC (autómatas lógicos programables) o, incluso, sistemas de control basados en el uso de computadores que supervisan y controlan las variables de proceso a distancia, pero con posibilidad de actuar sobre los elementos de forma rápida y eficaz por medio de un software especializado (sistemas SCADA).

3.6. De seguridad

Los elementos de seguridad son los destinados a garantizar la integridad y salud de las personas que trabajan con cualquier máquina que presenta riesgo de accidente o enfermedad para los trabajadores.

Actividades

8. Busque información sobre los sistemas SCADA y explique brevemente en qué consisten.

En ocasiones, establecer si un componente es un elemento o un órgano no resulta una tarea sencilla, ya que puede depender de la función que dicho componente realice en la máquina de la que forma parte. Por ejemplo: una bancada puede ser clasificada como órgano o como elemento contractivo en función de si su instalación cumple una función o si se instala para que otro órgano pueda unirse o asociarse a algún otro elemento de la máquina.

Sabía que...

Una bancada no es más que la estructura que sirve de soporte a una máquina o herramienta. Generalmente, se instalan para sustentar máquinas para las que una deformación de su conjunto incide directamente en la precisión del trabajo que realizan.

4. Mecanismos de transformación de movimientos

Cualquier máquina se compone de una combinación de mecanismos, los cuales son a la vez un conjunto de órganos cuya finalidad es la transformación de un movimiento. Es decir, los mecanismos convierten un tipo de movimiento (movimiento de entrada) en otro (movimiento de salida).

Definición

Mecanismo Grupo de órganos, elementos o sistemas articulados empleados para la conversión de un movimiento en otro, objetivo que puede alcanzarse mediante la transformación de velocidades, fuerzas, trayectorias o energías.

Las formas de movimiento más comunes en la operativa de máquinas son dos:

1 Movimiento giratorio o rotativo.

2 Movimiento lineal o rectilíneo.

Los cuales, a su vez, pueden darse en dos formas:

1 Continuo: cuando la dirección y sentido del movimiento no cambia.

2 Alternativo: cuando la dirección permanece constante, pero el sentido del movimiento va cambiando (se alterna).

La siguiente tabla recoge varios mecanismos.

Mecanismos
	Mecanismo de transmisión por correa
	Mecanismo de transmisión por engranajes cónicos
	Engranajes helicoidales
	Mecanismo rueda dentadatornillo sin fin

De forma general, los órganos que han sido estudiados se combinan según la siguiente tabla para transformar un movimiento en otro.

Actividades

9. Realice un mapa conceptual de los mecanismos empleados para convertir un tipo de movimiento en otro.

Además de los mecanismos anteriormente citados, pueden aparecer otros mecanismos especiales, como son los de esta tabla.

5. Análisis de sistemas mecánicos en el plano

Los planos son parte de la información documental básica que debe acompañar a cualquier máquina. Estos informan sobre la apariencia, dimensiones y componentes de la máquina.

La cantidad y tipología de los planos que acompaña a una máquina diferirá, por lo general, de los que puede acompañar a otra. Aunque los más frecuentes son:

1 Plano general.

2 Plano de conjunto.

3 Despiece.

El plano general representa gráficamente a la máquina con todos sus componentes montados. Las dimensiones se presentan en función del grado de detalle, aunque lo que pretende es representar el conjunto de forma que se pueda apreciar su aspecto general. Cuando el plano general no proporcione suficiente información, se aportarán cuantos planos de detalle se consideren necesarios, en los que sí aparecerán las dimensiones. Los planos de detalle son planos que se centran en una vista o parte concreta de un conjunto de características similares al plano general.

En cuanto al plano de conjunto representa gráficamente al grupo de piezas que constituyen un mecanismo, una máquina o una instalación, pero montados y unidos según se configura el conjunto para que sea operativo. Pueden ser prácticamente iguales a un plano general, con la salvedad de que deben recoger marcas o números que identifiquen cada una de las piezas que lo componen en el grupo representado, presentado en un lateral del plano la leyenda que asocia las marcas o números y los datos identificativos de la pieza. Los números y marcas deben ser correlativos y presentarse ordenados en el listado.

Como se puede apreciar en la siguiente figura, los elementos iguales son identificados mediante varias flechas que los unen con un número o con el mismo número repetido en cada una de las piezas iguales. Las marcas se unirán a las piezas que señalan mediante una línea de referencia de trazo fino, las cuales terminan en una flecha, evitando cruzarse entre ellas siempre que sea posible.

El despiece proporciona información técnica concreta de cada pieza y, en muchos casos, es fundamental para el montaje y desmontaje, sobre todo, si se presenta como plano de montaje, en el que se puede observar cómo realizar la conexión de cada uno de los elementos.

A través de la consulta y análisis de todos estos planos, debe obtenerse la siguiente información:

1 Marca y nombre del componente, órgano, mecanismo o máquina.

2 Dimensiones de cada elemento.

3 Material de fabricación.

4 Número de piezas necesarias para el montaje.

Actividades

10. Desde su punto de vista, ¿cómo se pueden emplear los planos de despiece en el trabajo diario?

A la hora de afrontar el análisis de un plano y realizar su interpretación de forma correcta, será fundamental distinguir las diferentes piezas que aparecen representadas, para lo que se debe tener en cuenta las siguientes normas:

1 Ejes, árboles, tornillos, chavetas, así como otros elementos y órganos macizos, no aparecerán rallados en una representación longitudinal en sección.

2 Las uniones roscadas se representarán teniendo en cuenta que las roscas de las tuercas y orificios roscados están ocultos por las roscas de los tornillos.

3 Las representaciones simplificadas de conjuntos se reservan para los casos en los que no se generen dudas ni ambigüedades a la hora de entender el dibujo.

4 Dos elementos ajustados presentarán una superficie de contacto que deberá ser representada gráficamente con una única línea de idéntico espesor a cualquier línea visible, evitando líneas de otro tipo o representar separaciones entre los elementos.

5 Cuando se represente un conjunto mediante diferentes planos de corte, en todos ellos se deberán presentar las piezas con el mismo tipo de rayado; aunque las piezas ajustadas representadas se presentarán con un rayado diferente, en cuanto a la dirección del rayado, o con una separación entre líneas diferente.

6 Los elementos rodantes de los cojinetes no se representan en corte.

7 Los elementos y órganos móviles pueden ser representados mediante sus posiciones extremas con líneas de trazo fino y doble punto.

Aplicación práctica

Los planos de las máquinas de la planta de producción de envases plásticos para la que trabaja se han mezclado con los de las herramientas y los de construcción y le han encarga realizar la primera criba, en la que debe determinar de qué tipo de plano se trata y qué representa. Este es el primero de ellos, ¿a qué tipo de plano corresponde?

SOLUCIÓN Es un plano de despiece, en concreto, de elementos de un sistema para el moldeado por soplado de plástico empleado en la fabricación de bielas.

6. Montaje de sistemas mecánicos

Para poder llevar a cabo de forma correcta y adecuada la instalación y montaje en planta de máquinas y equipos es necesario disponer de una documentación de consulta que debe ser aportada por el fabricante de la máquina, el proyectista de la planta o la dirección facultativa de la ejecución de la misma. Entre otros documentos, pueden destacarse:

1 Procedimientos de montaje y ensamblado de piezas, desmontaje y reparación.

2 Procedimientos de ajuste, alineación, nivelación y fijación de elementos, mecanismos y máquinas.

3 Procedimientos para el acoplamiento de máquinas correlativas desde el punto de vista del proceso.

4 Planos generales, de detalles, de conjunto y despieces de las máquinas y elementos que la conforman.

5 Listado de piezas y de herramientas, máquinas, equipos y medios necesarios para el ensamblado de los sistemas mecánicos.

6 Planos finales de situación de los diferentes equipos y sistemas mecánicos en la planta.

7 Información sobre los tipos de cimentaciones y cómo fijar las máquinas a las mismas; así como de los elementos antivibración a emplear en estas uniones.

8 Procedimientos de prueba y puesta en marcha; así como procedimientos de funcionamiento.

9 Normativa aplicable (calidad, seguridad y medioambiente).

7. Resumen

Como se ha visto en el presente capítulo, existe una gran variedad de órganos (asociaciones de componentes con una función concreta) y elementos que, asociados de forma correcta, pueden ser empleados para construir mecanismos capaces de realizar transformaciones de energía y movimiento desde las formas más diversas a cualquier otra forma que permita realizar un trabajo útil. Uno o varios de estos mecanismos unidos de forma ordenada y en pos de una finalidad constituyen lo que se conoce por el término “máquina”.

Será, pues, fundamental conocer todos estos elementos, órganos y mecanismo; así como la forma en la que pueden asociarse, representarse, montarse y repararse para garantizar la operatividad de cualquier máquina, tanto en una planta para la transformación de polímeros, como en cualquier otra. Ya que como se habrá podido apreciar en el capítulo, y como se ha comentado alguna vez en el mismo, no existen mecanismos exclusivos para las máquinas transformadoras de polímeros, sino que la configuración de mecanismos permitirá a la máquina realizar una u otra tarea y transformar mecánicamente a dichos polímeros de una u otra forma.

Ejercicios de repaso y autoevaluación

1. La excéntrica es un órgano basado en...

1 a. ... la palanca.

2 b. ... la rueda y el plano inclinado.

3 c. ... la rueda y la palanca.

4 d. ... la rueda.

2. De las siguientes frases, indique cuál es verdadera o falsa.

Un cigüeñal es, en realidad, un conjunto de manivelas fijadas sobre un único eje.

1 Verdadero

2 Falso

Un cigüeñal es, en realidad, un conjunto de poleas fijadas sobre un único eje.

1 Verdadero

2 Falso

Un cigüeñal permite mediante su uso alcanzar el mismo objetivo que la manivela, obtener movimientos de giro a partir de un movimiento lineal alternativo y viceversa.

1 Verdadero

2 Falso

3. Complete el siguiente texto.

Un elemento es cualquier componente o pieza ___________, reconocible como un objeto ___________, que forma parte de una ___________ y que permite su adecuado ___________. También puede entenderse que se hace referencia con este término a cada uno de los ___________ que forman un ___________.

4. Para obtener un movimiento lineal alternativo a partir de uno oscilante podrá emplearse...

1 a. ... un mecanismo de cremallera-piñón.

2 b. ... un mecanismo de sistema de palancas.

3 c. ... un mecanismo de tornillo-tuerca.

4 d. ... un mecanismo de torno-cuerda.

5. Indique si la siguiente frase es verdadera o falsa.

En cuanto al plano de conjunto, representa gráficamente al grupo de piezas que constituyen un mecanismo, una máquina o una instalación, pero montados y unidos según se configura el conjunto, para que sea operativo.

1 Verdadero

2 Falso

6. ¿A qué clase de mecanismo de transmisión corresponde la siguiente imagen?

1 a. Mecanismo de transmisión rueda dentada-cremallera.

2 b. Mecanismo de transmisión rueda dentada-tornillo sinfín.

3 c. Mecanismo de transmisión por correas.

4 d. Mecanismo de transmisión por engranajes cónicos.

7. ¿Qué representa la siguiente imagen?

8. En función del tipo de aplicación ¿qué clase de árboles pueden encontrarse?

1 a. Fijos y móviles.

2 b. Rígidos y flexibles.

3 c. Liso, escalonado, ranurado, hueco y acodado.

4 d. Huecos y macizos.

9. ¿Qué relación matemática existe entre las velocidades de las poleas y sus radios, en los sistemas de polea y correa o piñón y cadena?

10. Rellene los huecos del siguiente párrafo.

Cuando se represente un conjunto mediante diferentes ___________ de ___________, en todos ellos se deberán presentar las piezas con el mismo tipo de ___________; aunque las piezas ajustadas representadas se presentarán con un rayado ___________, en cuanto a la ___________ del rayado o con una ___________ entre líneas diferentes.

11. Por correas se conoce a...

1 a. ... los órganos empleados para la transmisión de movimiento entre dos poleas o ruedas que giran entre dos ejes paralelos.

2 b. ... los órganos empleados para la transmisión de movimiento entre dos piñones o ruedas dentadas que giran entre dos ejes paralelos.

3 c. ... los órganos empleados para la transmisión de movimiento entre dos cremalleras.

4 d. ... los órganos empleados para la transmisión de movimiento entre dos poleas o ruedas que giran en ejes que no necesariamente han de ser paralelos.

12. El tren de rodadura permite...

1 a. ... mover objetos, generalmente en horizontal, con menor esfuerzo.

2 b. ... mover objetos, generalmente en vertical, con menor esfuerzo.

3 c. ... liberar una cantidad de energía rápidamente.

4 d. ... imponer un único sentido de rotación para órganos y componentes giratorios.

13. De los siguientes documentos, ¿de cuál no será necesario disponer en las labores de montaje?

1 a. Procedimientos de montaje y ensamblado de piezas, desmontaje y reparación.

2 b. Procedimientos de ajuste, alineación, nivelación y fijación de elementos, mecanismos y máquinas.

3 c. Procedimientos para el acoplamiento de máquinas correlativas desde el punto de vista del proceso.

4 d. Procedimientos para su gestión como residuo tras haber finalizado su vida útil.

14. Una rueda es:

1 a. Igual que un tornillo sin fin.

2 b. Una leva en cuyo centro se ha practicado un orificio en el que se aloja un eje que provoca el movimiento de la misma.

3 c. Un mecanismo sobre el que todavía se está investigando.

4 d. Un disco en cuyo centro se ha practicado un orificio en el que se aloja un eje que provoca el movimiento de la misma.

15. Complete la siguiente afirmación.

La ___________ por su brazo es igual a la ___________ por el suyo.