INGENIERÍA POR TIPO - MECÁNICA

Por yugo escocés ¹​ se entiende un mecanismo que permite transformar un movimiento rectilíneo alternativo (de una guía) en un movimiento de rotación (de una manivela y su árbol). También puede funcionar al revés cambiando la rotación de un árbol y una manivela en un movimiento alternativo rectilíneo.

Una aplicación típica es en motores de combustión interna y neumáticos o en compresores alternativos.

Análisis del movimiento[editar]

Si el árbol de salida (o entrada) se mueve a velocidad constante el movimiento la guía de entrada (o salida) tiene un movimiento sinusoidal puro.

Ventajas[editar]

Comparándolo con un mecanismo de biela-manivela el mecanismo de yugo escocés tiene algunas ventajas:

• Menos piezas móviles
• Funcionamiento más suave (en el sentido de aceleraciones más pequeñas)
• Velocidad menor en los extremos (PMS Punto Muerto Superior y PMI Punto Muerto Inferior, en la animación extremos derecho e izquierdo) y, por tanto, tiempo de recorrido más largos cerca de los puntos indicados. (En teoría esta característica debería mejorar el rendimiento en los motores con ciclos de combustión a volumen constante).²​
• En aplicaciones en motores y compresores de pistón puede eliminarse el bulón. Además, la fuerza lateral debida al ángulo que forma la biela no existe. (Hay que tener en cuenta pero la fuerza de reacción de la guía contra la manivela).

Desventajas[editar]

• Posible desgaste en el ojal colís de la guía y el cojinete correspondiente, por culpa del movimiento alternativo y las altas presiones que complican la lubricación.
• Pérdida de calor en el P.M.S. (Menos velocidad, más tiempo de combustión, mayor facilidad para que el calor de combustión pase a las paredes de la cámara de combustión).²​

Aplicaciones[editar]

Una aplicación seudoestática (a velocidad muy pequeña) del mecanismo de yugo escocés es en actuadores (servomotores) para válvulas de control (o regulación) de alta presión en oleoductos y gasoductos.

Ha sido aplicado en motores de combustión interna (como los motores Bourke y SyTech³​). También en motores de vapor y aire caliente. En motores neumáticos (de aire comprimido) para mover cabrestantes el sistema ha demostrado un funcionamiento satisfactorio desde hace muchos años.⁴​

Algunos experimentos documentan que en ciclos de combustión a volumen constante (Otto, Bourke y similares)²​ el mecanismo de yugo escocés no funciona bien por culpa de las pérdidas de calor asociadas a los tiempos más largos en la zona del PMS. Sí que iría bien en motores de inyección estratificada (motores diésel).

mecanización agrícola es una de las ramas de estudio de la ingeniería agrícola. Tiene como objetivo diseñar, seleccionar, estudiar y recomendar máquinas y equipos de uso agroindustrial con el fin de acelerar la productividad y eficiencia de las actividades del sector rural.

Básicamente se puede dividir en cuatro partes:

Diseño de máquinas y sus partes[editar]

En este caso el ingeniero agrícola diseña, calcula y selecciona maquinaria y herramienta (ejes, rodamientos, cadenas, correas, engranajes, elementos transmisores de potencia y demás partes mecánicas), etc.

Fuentes de potencia[editar]

Se establecen parámetros de uso racional y eficiente de la energía (humana, animal, mecánica y eléctrica) disponible para llevar a cabo las labores agrícolas. También se establecen las fuentes de dicha energía para tener en cuenta en el momento en que el ingeniero agrícola diseñe o seleccione cualquier artefacto. Se estudian los criterios de diseño y selección de tractores y equipos agrícolas para diversos casos y condiciones tanto ambientales como topográficas.

Maquinaria agrícola[editar]

Se relacionan los dos lineamientos anteriores, adicionándole el estudio de fallas y posibles deficiencias que puedan presentar los equipos utilizados; así como la administración y legislación de equipos, máquinas y herramienta agrícola, teniendo en cuenta los estatutos legales de los organismos gubernamentales de cada país.

Automatización[editar]

Aplicación de la electrónica y los conceptos de las otras tres ramas en procura de avances tecnológicos y eficientes en el campo (instalaciones eléctricas, reguladores de presión, humedad y temperatura para invernaderos y construcciones rurales, generación de energías alternativas, etc.).

Barra de aluminio mecanizada

El mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. También en algunas zonas de América del Sur es utilizado el término maquinado aunque debido al doble sentido que puede tener este término (urdir o tramar algo) convendría usar el primero. Se realiza a partir de productos semielaborados como lingotes, tochos u otras piezas previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los productos obtenidos pueden ser finales o semielaborados que requieran operaciones posteriores.

Mecanizado sin arranque de viruta[editar]

Todas las piezas metálicas, excepto las fundidas, en algún momento de su fabricación han estado sometidas a una operación al menos de conformado de metales, y con frecuencia se necesitan varias operaciones diferentes. Así, el acero que se utiliza en la fabricación de tubos para la construcción de sillas se forja, se lamina en caliente varias veces, se lamina en frío hasta transformarlo en chapa, se corta en tiras, se le da en frío la forma tubular, se suelda, se maquina en soldadura y, a veces, también se estira en frío. Esto, aparte de todos los tratamientos subsidiarios. La teoría del conformado de metales puede ayudar a determinar la forma de utilizar las máquinas de la manera más eficiente posible, así como a mejorar la productividad.

Mecanizado por abrasión[editar]

Muela abrasiva.

La abrasión es la eliminación de material desgastando la pieza en pequeñas cantidades, desprendiendo partículas de material, en muchos casos, incandescente. Este proceso se realiza por la acción de una herramienta característica, la muela abrasiva. En este caso, la herramienta (muela) está formada por partículas de material abrasivo muy duro unidas por un aglutinante. Esta forma de eliminar material rayando la superficie de la pieza, necesita menos fuerza para eliminar material apretando la herramienta contra la pieza, por lo que permite que se puedan dar pasadas de mucho menor espesor. La precisión que se puede obtener por abrasión y el acabado superficial pueden ser muy buenos pero los tiempos productivos son muy prolongados.

Véase también: Acabado

Mecanizado por arranque de viruta[editar]

Arranque de viruta.

El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un desperdicio o viruta. La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada. En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de desbaste(eliminación de mucho material con poca precisión; proceso intermedio) y de acabado (eliminación de poco material con mucha precisión; proceso final cuyo objetivo es el de dar el acabado superficial que se requiera a las distintas superficies de la pieza). Sin embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a extraer viruta.

Véase también: Viruta

Movimientos de corte[editar]

En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos movimientos:

1. Movimiento principal: es el responsable de la eliminación del material.
2. Movimiento de avance: es el responsable del arranque continuo del material, marcando la trayectoria que debe seguir la herramienta en tal fin.

Cada uno de estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la herramienta según el tipo de mecanizado.

Mecanizado manual[editar]

Es el realizado por una persona con herramientas exclusivamente manuales: sierra, lima, cincel, buril(electroerosion); en estos casos el operario maquina la pieza utilizando alguna de estas herramientas, empleando para ello su destreza y fuerza.

Mecanizado con máquina-herramienta[editar]

Véase también: herramienta de corte

El mecanizado se hace mediante una máquina herramienta, manual, semiautomática o automática, pero el esfuerzo de mecanizado es realizado por un equipo mecánico, con los motores y mecanismos necesarios. Las máquinas herramientas de mecanizado clásicas son:

• Taladro: La pieza es fijada sobre la mesa del taladro, la herramienta, llamada broca, realiza el movimiento de corte giratorio y de avance lineal, realizando el mecanizado de un agujero o taladro teóricamente del mismo diámetro que la broca y de la profundidad deseada.

• Limadora: esta máquina herramienta realiza el mecanizado con una cuchilla montada sobre el porta herramientas del carnero, que realiza un movimiento lineal de corte, sobre una pieza fijada la mesa, que tiene el movimiento de avance perpendicular al movimiento de corte.

• Mortajadora : máquina que arranca material linealmente del interior de un agujero. El movimiento de corte lo efectúa la herramienta y el de avance la mesa donde se monta la pieza a mecanizar.

• Cepilladora: de mayor tamaño que la limadora, tiene una mesa deslizante sobre la que se fija la pieza y que realiza el movimiento de corte deslizándose longitudinalmente, la cuchilla montada sobre un puente sobre la mesa se desplaza transversalmente en el movimiento de avance.

• Brochadora : Máquina en la que el movimiento de corte lo realiza una herramienta brocha de múltiples filos progresivos que van arrancando material de la pieza con un movimiento lineal.

• Torno: el torno es la máquina herramienta de mecanizado más difundida, éstas son en la industria las de uso más general, la pieza se fija en el plato del torno, que realiza el movimiento de corte girando sobre su eje, la cuchilla realiza el movimiento de avance eliminando el material en los sitios precisos.

• Fresadora: en la fresadora el movimiento de corte lo tiene la herramienta; que se denomina fresa, girando sobre su eje, el movimiento de avance lo tiene la pieza, fijada sobre la mesa de la fresadora que realiza este movimiento. Es junto al torno la máquina herramienta más universal y versátil.

Desde hace ya tiempo, la informática aplicada a la automatización industrial, ha hecho que la máquina-herramienta evolucione hacia el control numérico. Así pues hablamos de centros de mecanizado de 5 ejes y tornos multifunción, que permiten obtener una pieza compleja, totalmente terminada, partiendo de un tocho o de una barra de metal y todo ello en un único amarre.

Estas máquinas con control numérico, ofrecen versatilidad, altas capacidades de producción y preparación, ofreciendo altísima precisión del orden de micras.

Economía del mecanizado[editar]

Gráfico aproximado en escalas logarítmicas del coste del mecanizado en función del número de piezas por mecanizar por lote.     Máquinas tradicionales.     Máquinas de control numérico.     Máquinas especiales o de transferencia (transfert).

Los costes de producción de una serie de piezas en una máquina-herramienta se dividen en unos costes fijos y unos costes por unidad de producción.

${\displaystyle C(n)=C_{f}(n)+c_{o}*n}$

donde C (n) es el coste de producción de una serie de n piezas, C_f (n) es el coste no productivo del proceso para n piezas, c_o es el coste unitario de operación y n es el número de piezas producido. El valor de estas variables depende del número de piezas de la serie.

Atendiendo a los tiempos del proceso, el coste de producción puede analizarse mediante la siguiente expresión:

${\displaystyle C=C_{h}*t_{np}+C_{h}*t_{op}+\left(C_{f}+C_{h}*t_{rf}\right)*\left({t_{m} \over T}\right)}$

donde C_h es el coste horario, incluyendo el coste de la mano de obra directa, amortización de instalaciones, mantenimiento, etc; t_np es el tiempo no productivo, que incluye los tiempos de preparación de la máquina (tiempo de fase); t_op es el tiempo de operación, C_f es el coste de los filos de corte, que es el coste de las plaquitas en caso de utilizar plaquitas intercambiables, o el coste de toda la herramienta en el caso de herramientas enterizas; t_rf es el tiempo de reposición de los filos de corte; t_m es el tiempo de maquinado, es decir, el tiempo durante el cual la herramienta está cortando; y T es la duración o tiempo de vida de la herramienta.

El coste horario será mayor cuanto mayor sea el coste de amortización de la máquina y la cualificación de la mano de obra. Los procesos que utilizan máquinas-herramienta de control numérico tienen un coste horario superior a los procesos que utilizan máquinas convencionales, pero inferior a los procesos que utilizan máquinas especiales, como las máquinas de transferencia (transfert). En el mismo sentido, los tiempos de preparación para un lote son mayores en una máquina de control numérico que en una máquina convencional, pues se necesita preparar la programación de control numérico de las operaciones del proceso.

Los tiempos de operación son menores en una máquina de control numérico que en una máquina convencional, por lo cual, a partir de cierto número de piezas en un lote, el maquinado es más económico utilizando el control numérico. Sin embargo, para lotes grandes, el proceso es más económico utilizando máquinas especiales, como las máquinas de transferencia.