Читать книгу Montaje y reparación de los sistemas mecánicos. FMEE0208 - Bernabé Jiménez Padilla - Страница 7
Оглавление| Capítulo 1 Representación gráfica industrial, materiales y verificación de magnitudes físicas |
1. Introducción
En la industria, la representación gráfica es un instrumento fundamental y muy útil para cualquier técnico, siendo utilizada como idioma internacional para describir mediante imágenes las características de fabricación de las piezas, y reunirlas en planos de conjunto que expresan el funcionamiento de las máquinas y los mecanismos.
Las normas industriales sirven para unificar la fabricación de las piezas y conseguir que estas sean intercambiables entre conjuntos.
Los distintos materiales que se utilizan en la industria van desde los clásicos metálicos hasta los modernos polímeros y compuestos que ofrecen características novedosas, con gran aplicación en la actualidad debido a su resistencia y ligereza.
Los instrumentos de medición se utilizan en la metrología industrial para conseguir no solo averiguar las dimensiones de una pieza, sino además para comprobar que se encuentran dentro de las tolerancias, consiguiendo así que cumplan la misión de ser intercambiables.
La correcta medición de las distintas magnitudes que aparecen en la industria, ya sean eléctricas o mecánicas, conlleva un conocimiento de los instrumentos que son útiles para realizarlas. Hay que señalar también que existe una gran diversidad de medidores que ayudan en la industria a comprobar el funcionamiento correcto de los elementos físicos.
2. Croquización, vistas, cortes, secciones y acotación
2.1. Croquización
En las representaciones geométricas, cuando se necesita describir algún elemento mediante imágenes, se suele realizar un esbozo o apunte hecho de manera rápida y sin detalles a escala. Este conjunto de trazos geométricos es el llamado croquis.
El croquis es un medio rápido para la toma de datos de partida de un elemento industrial, arquitectónico o artístico, en el que de manera superficial se indican las características generales que tiene. El croquis se realiza sin instrumentos de ayuda para trazar rectas o curvas, a mano e intentando mantener las proporciones del elemento que se quiere representar.
La limpieza, claridad y riqueza de datos son las características más apreciadas del croquis, en el que además se tendrán en cuenta si se han mantenido las escalas y las disposiciones correctas tanto de las vistas que se realicen como de su profundidad, si se realiza mediante una imagen en perspectiva.
En el croquis industrial completo se deberán encontrar claramente las cotas que indiquen sus medidas reales, acabados superficiales, tipo de material, tolerancias, etc; de forma que se pueda utilizar para la fabricación de ese elemento mediante la representación a escala adecuada, ya sea de ampliación o de reducción.
La representación debe ser sencilla. Con las tres vistas de alzado, planta y perfil suele ser suficiente. Para realizar un croquis, se deben tomar las medidas del natural mediante instrumentos, ya sea una regla graduada, calibre o pie de rey, un micrómetro o Palmer, goniómetro de tomar ángulos, compás de puntas, etc.
Los pasos fundamentales para la realización de un croquis serán:
Preparar el material necesario: papel, lápiz, goma de borrar e instrumentos de medida.
Examinar previamente la pieza a representar, girándola y observando las características más representativas.
Colocar los ejes de partida donde se encuentran los centros de los agujeros, realizando un encuadre de las dimensiones mayores donde quedarán incluidas sus aristas.
Representar ordenadamente las vistas necesarias y suficientes, tomando las dimensiones con los instrumentos de medida.
Acotar clara y correctamente las vistas con las dimensiones antes tomadas.
Indicar el material, acabados superficiales, tolerancias y cuantas indicaciones sean necesarias para la posterior realización del dibujo a escala.
Comprobar que todas las características están indicadas en el dibujo del croquis.
Esta imagen es un ejemplo para la realización de un croquis de una pieza:
La construcción de un croquis se realizará gradualmente, con los pasos ordenados en las figuras, empezando por el encuadre y posición de los ejes, definiendo los trazados curvos, marcando las aristas que definen la pieza, realizando la acotación de las medidas generales y particulares y acabando con la colocación de las cifras de cota, la marca de la pieza y las características del material, acabados superficiales, espesor, etc.
| Importante |
Para representar una pieza, se pueden utilizar dos vistas o incluso una vista, indicando espesores o características mediante números y letras.
2.2. Vistas
Para representar y definir un objeto gráficamente se emplean las llamadas vistas. Estas se realizan dibujando las distintas caras que se pueden observar sin tener en cuenta la profundidad. De esta manera, se representan las mínimas vistas para que quede definida la pieza, colocando estas en posiciones alineadas para que su interpretación sea correcta.
Siempre existen seis vistas en cada pieza, pero normalmente se realizan tres llamadas: alzado, planta y perfil.
El alzado A es la vista de frente y principal de la pieza, siendo la que mejor la define. El resto de las vistas se colocan en función de esta.
La planta B es lo que se observa desde arriba y complementa casi siempre al alzado.
Si fuera necesario, se realiza el perfil C, que es el que se observa por un lateral de la pieza.
La elección correcta del alzado es el primer paso importante para utilizar las mínimas vistas que definan la pieza.
Se pueden utilizar además las otras tres vistas llamadas secundarias: D, E y F, pero normalmente no son necesarias.
La forma de utilizar e interpretar los trazos es clara. Las aristas vistas se representarán mediante línea continua y gruesa, las aristas ocultas mediante línea a trazos y de menor espesor y los ejes mediante líneas de punto y raya con un grosor fino.
Existen dos métodos de proyección:
1. Sistema europeo (1er diedro). Se gira la pieza y se toman las vistas.
2. Sistema americano (3er diedro). Se gira la visión y se toman las vistas.
Estos símbolos expresan en qué sistema se ha efectuado la representación.
Además de las vistas de alzado, planta y perfil, se pueden utilizar vistas particulares en las que se detalla alguna zona que no se observa claramente o cuya representación sería demasiado complicada al estar inclinada u oculta. Estas serían las vistas auxiliares.
2.3. Cortes
Cuando una pieza no queda claramente definida con las tres vistas principales o cuando existen excesivas aristas ocultas, se utilizan los llamados cortes y secciones, que aclaran en gran medida la representación. La diferencia entre sección y corte es que en la sección se representa solo la parte que el plano de corte toca la pieza, mientras que en el corte se representan además las aristas que quedan detrás de las secciones.
Existen muchos tipos de cortes, ya sean al cuarto, total o parcial rotura, pero todos con la característica principal de aclarar la visión de la pieza. Eliminar las aristas que quedan ocultas en las vistas es la misión fundamental de los cortes, utilizándose en muchas ocasiones para, mediante un golpe de vista, identificar la pieza en un conjunto más o menos complicado.
Se deben indicar los planos de corte, para que se pueda interpretar de manera única. Con los diferentes rayados se identifican los cortes y las piezas de un conjunto.
También existen cortes quebrados o las llamadas roturas, que enseñan una zona particular de la pieza donde se encuentra un agujero ciego o roscado para introducir una chaveta, un pasador o un tornillo.
2.4. Secciones
La sección representa solo la parte que el plano de corte toca la pieza. Se utilizan para definir formas complicadas o para aquellas piezas que por su forma tienen distintas secciones a lo largo de su longitud, en el caso de ejes y árboles de transmisión.
Se deben indicar los planos de corte sucesivos para que quede claramente definida la zona seccionada. Se puede indicar la sección dentro del mismo dibujo o en otras vistas auxiliares.
2.5. Acotación
En el dibujo lineal, ya sea de ingeniería o arquitectónico, la manera de informar sobre las dimensiones y las características que definen un objeto para su fabricación o su montaje en un conjunto mecánico se realiza por medio de la acotación.
La cota es el conjunto de informaciones útiles para describir las acciones que se deben realizar. Pueden estar formadas por inscripciones, números, letras, símbolos, flechas, marcas, puntos, líneas, etc.
En la cota se representa siempre la dimensión real, sin tener en cuenta la escala del dibujo, ya sea de ampliación o de reducción. En la definición de las medidas, se utilizan dimensiones adecuadas de representación, ya sean milímetros, centímetros, metros, etc, dependiendo de la escala del dibujo.
Tipos de acotaciones
1. Funcional. Se trata de informaciones y dimensiones ligadas al funcionamiento y a la intercambiabilidad, con valores máximos y mínimos (ajustes).
2. Constructiva. Dimensiones e informaciones ligadas a la construcción de la pieza.
3. De verificación. Para la comprobación de sus adecuadas características.
Tipos de cotas
1. Cota funcional. Son esenciales para la función de la pieza. Son las más importantes. Ejemplos son: posición de taladros, dimensiones generales, acabados superficiales y tolerancias. Se debe iniciar el acotado de la pieza por estas.
2. Cota no funcional. Facilitan la definición para su posterior fabricación. Ejemplos son: cotas de dimensiones parciales, tamaño de taladros, chaflanes y redondeados.
3. Cota auxiliar. Se trata de cotas de carácter informativo. Ejemplo son: marca de pieza en el conjunto, símbolos particulares y tratamientos térmicos.
Principios generales de acotación
Se deben seguir unos pasos fundamentales para realizar las acotaciones y conseguir la mejor definición de la pieza o conjunto mecánico:
1. Definir cada elemento una sola vez.
2. Poner cada cota sobre la vista o corte con mayor claridad.
3. No indicar más cotas que las imprescindibles, teniendo mucho cuidado de no duplicar.
4. No pueden faltar cotas generales ni parciales. El operario no debe medir sobre el plano, ya que este puede no estar a escala.
5. Las cotas funcionales serán inscritas directamente. No deben depender de otras, de sumas o de restas parciales.
6. Siempre que sea posible se colocarán fuera del dibujo de la pieza.
7. No se deben cruzar líneas de cota que tengan informaciones dimensionales.
Elementos y métodos de acotación
Líneas auxiliares de trazo fino
Auxiliares de cota. Delimitan las dimensiones: A
De cota. Dimensiones de la longitud a acotar, define la medida y tiene en sus extremos las marcas, ya sean flechas, trazos o puntos: B. No se deben utilizar líneas de contorno, ejes o prolongación.
De referencia. Se utilizan para aclarar la posición de la cota: C
Extremos de línea de cota
Flecha:
Abierta: entre 15º y 90º. Se verán las líneas.
Cerrada: entre 15º y 30º. Estará ennegrecida.
Se pondrán en el interior de la dimensión con el vértice en el extremo de la línea de cota.
Se pueden poner también en el exterior de la dimensión con el vértice en el extremo de la línea de cota cuando se tenga problemas de espacio.
Trazo oblicuo, punto. Se utilizan casi exclusivamente en dibujo arquitectónico.
Radio. Se utiliza una sola flecha en el lado que toca el arco. Según el espacio en el dibujo, se colocará en el interior o en el exterior. No se utilizará nunca la línea de cota horizontal ni vertical.
Medidas en piezas simétricas y cortes. Se suele dibujar incompleta, con una sola flecha.
Inscripciones
Cifras de cota:
No pueden ser cortadas por ninguna línea.
Se inscriben según uno de estos métodos:
a. Cifras paralelas a la línea de cota, siempre encima de ellas, centradas si se puede y ligeramente separadas.
b. Cifras dispuestas para ser leídas desde la parte inferior o desde el lateral derecho del formato del dibujo.
Escasez de espacio. Inscripción sobre la prolongación de la línea de cota. Se utilizan líneas de referencia.
Símbolos generales:
Ø Diámetro. Se colocará delante de la cifra, a igual altura que esta y siempre encima de la línea de cota.
R Radio. Se emplea cuando no se señala la posición del centro del arco de circunferencia. Se colocará delante de la cifra de cota. La flecha se coloca por dentro del arco siempre que exista espacio.
S Bola o Esfera. Se colocará la palabra o la letra S delante de la cifra de cota del diámetro o del radio, para formas esféricas representadas en una sola vista.
Cuadrado. Es un símbolo para expresar que en la vista de planta la pieza es cuadrada. Se coloca delante de la cifra de cota.
X Cruz de San Andrés. Se utiliza para representar prismas o pirámides cuadrangulares regulares. Se utiliza una vista.
Elementos auxiliares
Traza. Plano secante por donde se realiza el corte o sección de una pieza. Se utilizan líneas gruesas en los extremos en los cambios de dirección.
Sentido de observación. Indicación con flechas.
Designación. Letras mayúsculas junto a las flechas.
Rayados. Marcan las zonas seccionadas o cortadas. En las inscripciones en su interior, el rayado se interrumpe. Se dibujan con direcciones e inclinaciones diferentes. Diferencian las piezas en los planos de conjunto.
Simetría. Indicación con trazos en los extremos de los ejes de simetría.
3. Planos de conjunto y de despiece
En las representaciones gráficas de los mecanismos y las máquinas se utilizan los conjuntos mecánicos para describir tanto el montaje de las distintas piezas de que constan, como de las piezas que intervienen en su funcionamiento. De esta manera se podrán observar en una sola vista todos sus elementos.
Se tienen planos de conjunto donde se indican mediante marcas los elementos que componen una máquina o mecanismo, representados en la vista de alzado y con los detalles que sean necesarios para su comprensión. Los elementos individuales de que consta el conjunto se representan en dibujos aparte, perfectamente definidos para su fabricación.
3.1. Planos de conjunto
Las características más importantes en un plano de conjunto son:
Sirven para ver las proporciones y relaciones de los distintos elementos.
No se detallan las dimensiones de las piezas, solo la posición de su montaje y la forma de intervenir en el funcionamiento de la máquina.
Las piezas tendrán cortes y secciones para indicar claramente su posición de montaje.
Pueden aparecer también subconjuntos dentro de un conjunto mayor.
El despiece de los elementos se realiza mediante una lista de piezas donde se detallan las características más importantes que ayudan a su definición y construcción.
Se indicarán también las características de los elementos normalizados, que no necesitarán plano de fabricación. Se trata de piezas estándar que quedan descritas en las normas.
3.2. Planos de despiece
Son los que de forma individual definen las piezas de un conjunto. Se deben representar con las vistas, cortes, secciones, acotación de dimensiones, de tolerancias dimensionales y geométricas, acabados superficiales, material, etc, con las que van a contar.
Cada uno está referenciado al plano de conjunto donde formará parte del mecanismo o máquina, pudiendo también formar parte de un subconjunto del general.
Estos planos de despiece, además de servir para su fabricación, se emplean para disponer en todo momento de una representación gráfica que los identifique de los otros elementos que forman el conjunto.
3.3. Aplicación práctica
Usted ha recibido una caja certificada en el taller donde trabaja. Se trata de un prototipo de conjunto mecánico, del que se deben construir una serie de 50 unidades. Para iniciar el desarrollo del proyecto debe realizar unos croquis individuales de cada una de las piezas.
Solución
En primer lugar se deben identificar las piezas por separado, para después poder desmontar y medir de manera general las medidas de cada pieza.
Se realizan los croquis generales, a falta de la medición de acabados superficiales, tipo de material, normalización, etc.
3.4. Aplicación práctica
El pedido de piezas plegadas que debía tener realizado para mañana ya lo ha terminado hoy, y el encargado, hasta que le asigne otro trabajo de plegado, ha decidido encargarle realizar el desmontaje de una esclusa de transporte neumático para realizar un estudio sobre su funcionamiento.
Realice unos croquis en perspectiva acotándolos en sus medidas generales de funcionamiento como primer paso para su diseño posterior.
Solución
El desmontaje del conjunto mecánico se realizará con herramientas convenientes y con las protecciones personales adecuadas. Cada pieza se pondrá encima de la mesa y se dibujará la perspectiva que mejor la defina. Se tomarán las medidas generales y se marcarán las piezas que lo componen.
Conjunto mecánico en perspectiva y despiece.
4. Normas de dibujo
La normalización tiene por objeto definir un conjunto de reglas e instrucciones, de acuerdo con una serie de factores, con el fin de obtener piezas más simplificadas, eliminando las variedades innecesarias.
Algunas definiciones:
Es norma la regla que se ha establecido en los acuerdos internacionales y que se debe seguir en las tareas y actividades, ajustando las conductas de manera voluntaria.
Especificación es un documento en el que se expresa el conjunto de condiciones a cumplir.
Reglamento es una colección ordenada de reglas, escritas por la autoridad, que se dan para la ejecución de una ley o para el régimen de una corporación.
Normalizar es poner en orden lo que no está, para resolver problemas, y que se repite frecuentemente.
4.1. Principios básicos de la normalización
A continuación, se van a ver los principios básicos de la normalización:
Especificar es definir o señalar claramente todos los productos (materiales y dimensiones) y su empleo, con el fin de conseguir una perfecta identificación.
Unificar es adoptar las medidas oportunas en cuanto a tolerancias, características, etc, para que resulten productos intercambiables.
Simplificar es indicar las normas para la fabricación, de forma que los trabajos resulten más prácticos, reduciendo variedades y con el fin de obtener formas más sencillas y procedimientos de fabricación más recomendables.
4.2. Organismos de normalización
La mayoría de los estados y países han creado sus organismos de normalización. La tendencia es la universalización, con la adopción de las normas internacionales ISO.
Las grandes empresas suelen adaptar las normas generales a sus necesidades de fabricación.
4.3. La normalización en el dibujo industrial y sus ventajas
Constituye un verdadero lenguaje que todo técnico debe saber interpretar sin ambigüedades.
Los principios generales de un sistema de normas son: responder a necesidades reales, constituir un sistema coherente y completo y representar un equilibrio entre las exigencias técnicas y la realidad del país.
El conjunto de normas, relativas al dibujo industrial de una pieza, se pueden dividir en tres categorías:
1. Normas de representación. Son las que codifican el trazado de los dibujos: tipos de líneas y formatos, proyecciones, cortes y secciones, representaciones de tipo simbólico, etc.
2. Normas de dimensiones. Son las que se refieren principalmente a la acotación de las piezas: medidas nominales, valores de las tolerancias de fabricación dimensional y geométrica, etc.
3. Normas de designación. Son las que nombran a los órganos normalizados: tuercas, tornillos, arandelas, pernos, pasadores, chavetas, etc; que se representan por medio de siglas.
Las normas siguen evolucionando debido a los adelantos tecnológicos de la industria. Un buen técnico debe estar al día en el conocimiento de las innovaciones que se produzcan.
El empleo de las normas en el dibujo industrial ofrece múltiples ventajas. Entre otras, la simplificación aportada en los dibujos de conjunto y en la representación de diferentes elementos: tornillos, resortes, rodamientos o ruedas dentadas; que no se dibujan en los planos de despiece, con lo que se ahorra tiempo, evitándose investigaciones inútiles. Además, en la producción se consigue un aumento y una mayor organización racional con el consiguiente ahorro de tiempo y costes; en el consumo, con garantías de calidad, se tiene la posibilidad de adquirir ofertas, mayor facilidad de formular pedidos y menor precio a igual calidad; y, por último, en la economía en general se logra una mejor calidad y cantidad en la producción, mejores intercambios comerciales y mayor productividad y calidad de vida.
| Nota |
Inconvenientes de la normalización son la influencia negativa que ejerce sobre los componentes estéticos, al introducir en ellos la uniformidad, limitando la inspiración personal.
4.4. Aplicación práctica
Usted se encuentra en el taller trabajando en la prensa, realizando el doblado de unas piezas. Existe un elemento móvil que está colocado mediante uniones roscadas tornillo-tuerca para fijar la matriz. Se ha deformado un tornillo debido a las vibraciones en el trabajo, y lo tiene que desmontar y buscar en las normas para pedir otros al almacén. Identifíquelos en las normas y realice el pedido.
Solución
Habrá que realizar el desmontaje y la comprobación según las normas del tipo de tornillo que se trata. Se realizan las mediciones fundamentales de longitud y tipo de rosca. Se buscan en las normas el tipo de tornillo y tuerca para realizar el pedido.
5. Materiales metálicos, poliméricos y compuestos: características técnicas, tratamientos y aplicaciones
5.1. Materiales metálicos
Los materiales metálicos son los más utilizados en la ingeniería y en la industria en general, aportando a las construcciones durabilidad, resistencia y adaptabilidad.
La supremacía de los materiales férricos es debido a la gran variedad de características que se pueden conseguir, a un coste relativamente bajo. Los materiales no férricos, (generalmente aleados) frente a los férricos, se prefieren por su sensibilidad a la oxidación y corrosión, facilidad de moldeo y mecanizado y buena conductividad térmica y eléctrica.
Se pueden conseguir gran cantidad de aleaciones (mezclas mediante fusión de dos o más metales), adaptadas a cualquier aplicación que se presente en la industria.
Existen dos grandes grupos de metales:
Férricos (+ aleaciones) 95% del consumo
No férricos (+ aleaciones) 5% del consumo
Hierro (Fe). Se obtiene del mineral pirita, hematíes y magnetita.
Propiedades: Material brillante grisáceo. Densidad = 7,87 Kg/dm3
A partir de los materiales férricos se pueden obtener piezas mediante operaciones diversas tales como fundición, forja, mecanizado, laminación, soldadura, estirado, trefilado, etc. Además puede hacer cambiar sus propiedades con una gran variedad de tratamientos térmicos.
Características de los metales y las aleaciones
1. Alta capacidad de conductividad térmica y eléctrica.
2. Pulidos presentan brillo en su superficie.
3. Se oxidan en su capa superficial. A veces es beneficioso para que no se oxide el interior y se produzca corrosión.
4. A temperatura ambiente, todos son sólidos excepto el mercurio (Hg).
Las densidades o pesos específicos son muy variados. Lo más usual es utilizarlos en forma de aleación.
| Nota |
La aleación es una mezcla de dos o más metales, que se utilizan para conseguir unas características especiales.
Materiales metálicos férricos y aleaciones
Los materiales que tienen como base el hierro (Fe) son los más utilizados en la industria y en la ingeniería. El hierro puro no tiene gran aplicación, si acaso en algunos circuitos de electrónica, pero es la base para conseguir la aleación más utilizada.
El acero es el material compuesto metálico-férrico más utilizado en el mundo. Es una aleación de hierro más carbono en proporciones adecuadas. Según el tanto por ciento de carbono se puede tener:
Hierro. Puro con menos del 0,3% de carbono. Se utiliza aleado:
No metales: carbono, azufre y silicio.
Metales: cromo, níquel y magnesio.
Acero. Aleado hierro y carbono (0,3% al 2% de carbono). Presentan pequeños tantos por ciento de magnesio, silicio, azufre y fósforo.
Fundiciones. Hierro y carbono (tanto por ciento mayor del 2% de carbono). Pueden ser ordinarios y especiales.
En la industria se utilizan sobre todo aleaciones metálicas férricas:
1. Fundición blanca. Se llama así porque al cortarse la superficie cristalina es brillante o blanca. El material resultante tiene gran resistencia al desgaste y a la abrasión. Es duro, frágil y difícil de maquinar. Se aplica en trenes de laminación y cilindros.
2. Fundición gris. La superficie es gris cuando se realiza un corte. Da un material muy resistente a la compresión pero muy poco a la tracción. No se puede forjar ni laminar, pero es fácil de maquinar con el torno o la fresa. Se aplica en estufas y cigüeñales.
3. Fundición dúctil. Da un material con facilidad para formar hilos. Tiene excepcionales propiedades para la ingeniería, debido a las partículas de grafito de su interior. Es muy apto para el moldeo, maquinado y soldadura. Tiene bajo coeficiente de rozamiento y gran resistencia a la fatiga y a la corrosión. Se aplica en levas, ruedas dentadas y cadenas.
4. Fundición maleable. Da un material con facilidad para formar láminas. Disminuye su fragilidad cuando se le somete a un tratamiento térmico adecuado. Posee propiedades importantes para el moldeo, y resistencia mecánica moderada, tenacidad y resistencia a la corrosión. Se aplica en piezas realizadas mediante fusión y moldeo, como bancadas de apoyo de maquinaria.
Aplicaciones específicas del acero
Aceros de construcción
Máquinas, mecanismos, motores y edificación.
De usos generales: barras, perfiles y tubos (soldados o con hormigón).
De cementación: superficie dura y resistente al desgaste (ruedas dentadas).
De bonificación: resistente a tracción y tenacidad (cigüeñales).
De nitruración: superficie muy dura y resistente al desgaste (husillos de rectificadoras).
Para resortes: elásticos y resistentes a la fatiga.
Con propiedades especiales: existen multitud de elementos que lo precisan.
Aceros para herramientas
Tienen alta resistencia mecánica y alta dureza
Deben ser sometidos a un tratamiento de templado
Sin alear. Conservan su dureza hasta los 200 ºC. Se utilizan en trabajos que producen poco calor. Por ejemplo: martillos, cinceles y cizallas.
De baja aleación. (Cromo, molibdeno, níquel, vanadio o wolframio). Mantienen las propiedades hasta los 400 ºC. Por ejemplo: matrices de acuñación, moldes para prensado y herramientas para roscar.
De alta aleación. (Alto contenido en cromo, molibdeno, níquel, vanadio o wolframio). Mantienen las propiedades hasta los 600 ºC. Por ejemplo: herramientas para arranque de viruta, troqueles y estampas de forja.
Aplicaciones de las fundiciones de hierro
Se utilizan para elementos que necesitan moldeo en su fabricación, como estufas, campanas, maquinaria, etc.
Fundición de hierro con grafito laminar. Amortigua las vibraciones. Se utiliza en carcasas de motores y bancadas de maquinaria pesada.
Fundición de hierro con grafito esferoidal. Tiene muchas mejores propiedades mecánicas. Se utiliza en cigüeñales, ruedas dentadas, cajas de cambio, cilindros y émbolos.
Materiales metálicos no férricos
Existen una gran variedad. Los más importantes son:
1. Cobre (Cu). Se obtiene del mineral calcopirita. Aleado con el estaño de lugar al bronce, que tiene altas propiedades mecánicas. Aleado con el cinc da lugar al latón, que tiene una buena resistencia mecánica y a la corrosión.
| Nota |
El cobre aleado con el cinc da lugar al latón, que tiene una buena resistencia mecánica y a la corrosión.
Propiedades: Material rojizo. Densidad = 8,95 Kg/dm3.
Muy resistente a la corrosión.
Buena conductividad térmica y eléctrica.
Dúctil y maleable.
Piezas y cables de cobre
Aplicaciones del cobre puro: conductores eléctricos, fabricación de depósitos, conducciones de fluidos, intercambiadores de calor, tubos de vapor, etc.
Aplicaciones del bronce: campanas y timbres (buena sonoridad), engranajes y cojinetes.
Aplicaciones del latón: piezas de máquinas y tornillería.
2. Cinc (Zn). Se obtiene del mineral calamina y blenda.
Propiedades: material blanco azulado. Densidad = 7,5 Kg/dm3.
Excelente resistencia a la oxidación.
Resistencia mecánica baja.
Quebradizo a temperatura ordinaria.
Pronto se cubre de una pátina gris que lo protege contra el ataque de los agentes atmosféricos.
Aplicaciones del cinc: protección de materiales de hierro y acero contra la corrosión, fabricación de ánodos de sacrificio en elementos galvánicos, en construcción de cubiertas, canalones, bajantes, etc.
3. Estaño (Sb). Se obtiene del mineral casiterita. Propiedades: material blanco. Densidad = 7,5 Kg/dm3.
Es brillante, inoxidable, muy maleable y blando.
Inalterable al aire y a los ácidos orgánicos.
Se oxida fácilmente cuando está fundido.
4. Plomo (Pb). Se obtiene del mineral galena.
Propiedades: material gris azulado. Densidad = 11,34 Kg/dm3.
Elevada ductilidad. Muy blando.
Gran resistencia al ataque de ácidos sulfúrico y clorhídrico.
Gran densidad. Brillante cuando está recién cortado.
Es atacado por el ácido nítrico y algunos ácidos orgánicos.
Aplicaciones del plomo: recipientes resistentes a los ácidos, cubiertas protectoras para cables enterrados, placas de acumuladores, protección contra rayos X y radiaciones radiactivas, fabricación de pinturas antioxidantes, etc.
5. Níquel (Ni). Se obtiene del mineral niquelina y garnierita.
Propiedades: material blanco brillante. Densidad = 8,9 Kg/dm3.
Muy duro, tenaz, dúctil y maleable.
Resistente a la corrosión.
Puede forjarse en frío y en caliente, estirarse y soldarse.
Se puede pulir muy bien (superficie de poro fino).
Es magnético hasta una temperatura de 350 ºC.
Aplicaciones del níquel: por su poder inoxidable se emplea mucho como recubrimiento protector de otros metales (niquelado), por electrólisis. También para la fabricación de utensilios de cocina, instrumentos quirúrgicos y de laboratorio, bujías de motores de explosión, baterías (níquel-cadmio), etc.
6. Aluminio (Al). Se obtiene del mineral bauxita y criolita.
Es el metal más utilizado después del acero (hierro + carbono).
Propiedades: material blanco. Densidad = 2,7 Kg/dm3.
Gran resistencia a la corrosión y baja densidad.
Fácil de conformar y baja resistencia mecánica.
Elevada conductividad eléctrica.
Buena relación resistencia-peso.
Aplicaciones del aluminio: por su ligereza, en estructuras metálicas en industrias aeronáuticas y automovilísticas; como conductor en líneas de alta tensión; por su buena resistencia a la corrosión, para utensilios de cocina; y en láminas finas para envolver alimentos.
| Nota |
El aluminio es el metal más usado después del acero, y por su ligereza se utiliza en estructuras metálicas en industrias aeronáuticas y automovilísticas.
7. Titanio (Ti). Se obtiene del mineral rutilo e ilmenita.
Propiedades: material gris plata. Densidad = 4,54 Kg/dm3.
Muy resistente a la corrosión de numerosos agentes, que atacan a la mayor parte de los metales.
Es muy duro y por tanto muy frágil. Resistente al calor y a la fatiga.
Sus propiedades mecánicas dependen del grado de pureza.
Aplicaciones del titanio: quirúrgica en válvulas cardíacas, marcapasos y bisturís. Propulsores y toberas de cohetes, discos de ventilación y palas de turbina. Construcción naval en hélices y timones de barcos. Relojería, joyería, pendientes, pearcing, anillos, etc.
5.2. Materiales poliméricos
Un polímero es una gran molécula constituida por la repetición de pequeñas unidades químicas simples de carbono e hidrógeno. La repetición es normalmente lineal, semejante a como una cadena la forman los eslabones.
En el sentido original, el término plástico se aplica a un material que se consigue hacer fluir de modo que pueda moldearse o modelarse. Los polímerosorgánicos, conocidos como plásticos, son los protagonistas de la revolución tecnológica en todos los sectores industriales. Se aplican en electricidad, electrónica, construcción naval y aeronáutica, embalajes, etc.
Las macromoléculas que constituyen los materiales poliméricos están formadas por secuencias de átomos de carbono entre los que se pueden intercalar átomos de hidrógeno, silicio, nitrógeno y azufre, entre otros, unidos por enlaces covalentes (dobles), constituyendo una cadena molecular de tipos lineal, ramificada o reticulada.
Existen muchas formas de clasificar los polímeros, pero atendiendo a sus propiedades físicas podemos tener:
Termoplásticos. Con estructura lineal con o sin ramificaciones. Son aquellos polímeros que por la acción del calor se reblandecen de manera reversible, haciéndose sólidos de nuevo cuando se enfrían. Tienen, por tanto, un intervalo de fusión. Los tipos son poliolefinas, polímeros vinílicos y acrílicos, poliésteres y resinas termoplásticas especiales.
Termoestables. Una vez calentados, formados y enfriados no se pueden volver a calentar. Los tipos son duroplásticos, fenoplásticos y derivados de la celulosa.
Elastómeros. Tienen estructura poco reticulada con macromoléculas, de elasticidad similar al caucho. A los elastómeros sintéticos se les puede controlar la reticulación por vulcanizado, proporcionándoles capacidad elástica con un alto grado de recuperación.
Propiedades importantes de los polímeros son la cristalinidad y transparencia, efecto que en ellos produce la temperatura, resistencia a los disolventes y la capacidad mecánica.
Esta última está condicionada por la presencia de las ramas laterales que tiene el polímero. La presencia de grupos laterales y de anillos en las cadenas poliméricas tiene el efecto de aumentar la rigidez del material.
Aplicaciones de los polímeros
En muchos campos de la industria, los plásticos tienen en la actualidad una presencia cada vez mayor. Se tienen:
1. Policloruro de vinilo (P.V.C.). Aplicación en pinturas, juguetes, automóviles, zapatos y muebles.
2. Poliacetato de vinilo (P.V.A.c.). Aplicación en adhesivos, aglomerantes y recubrimientos anticorrosivos.
3. Poliestireno (P.S.). Aplicación en ajustes, cisternas, cubiertas y aislamientos térmicos.
4. Polimetacrilato de metilo (P.M.M.A.). Aplicación en óptica para lentes de contacto, anteojos, monturas, faros de coches, bañeras, cabinas de helicópteros y odontología.
5. Poliamidas. Aplicación en la industria textil, aislantes eléctricos, tubos, cierres, engranajes, diafragmas, gafas de sol y de seguridad.
6. Resinas epoxi. Aplicación en adhesivos, recubrimientos protectores y monturas de gafas.
7. Acetato de celulosa. Aplicación en filmes de películas, envoltorios, bolsas y cajas de empaquetado.
5.3. Materiales compuestos
Son aquellos formados por dos o más materiales distintos y en los que no se produce una reacción química entre ellos.
Es muy conocido un material compuesto como el hormigón armado, en el que las características de compresión y tracción se suman para conseguir un elemento estructural de tipo pétreo con características especiales de flexión hasta unos límites admisibles. Históricamente la mezcla de barro y paja produjo un gran avance en las características de resistencia mecánica para las piezas formadas, base para elaborar las construcciones. Dentro de la industria actual se han desarrollado compuestos orgánicos en los que las propiedades que se consiguen se basan en la adecuada mezcla que se produce, como en el ya mencionado hormigón armado.
Los materiales compuestos poseen la llamada matriz y el llamado refuerzo, que se mezclan para conseguir unas características que se adecúan a las aplicaciones que se necesitan.
Las aplicaciones de estos materiales compuestos van desde la industria espacial, náutica y aeronáutica, hasta todos los campos de la industria química (petroquímicas). Las propiedades del material compuesto siempre superan la suma de las propiedades de cada uno de los elementos que lo forman.
Dentro de la fase continua o matriz, se incluye la fase discontinua o refuerzo, de manera que las propiedades que uno no tiene las complementa el otro.
La matriz puede ser de tipo metálico, cerámico, de carbón y orgánico. Las matrices de tipo orgánico (plásticos), que son las más extendidas, deben dar estabilidad al conjunto, protegiendo al refuerzo de los deterioros de tipo químico y mecánico, evitando la difusión de las posibles grietas. Se pueden tener termoplásticos, elastómeros y termoestables o duroplásticos.
Kevlar
El refuerzo se utiliza en forma de fibras. Se pueden tener fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras cerámicas, orgánicas (kevlar) y de boro.
Todas ellas mejoran las características del compuesto para adecuarse a las diferentes aplicaciones que se puedan presentar.
Resistencia al choque y flexibilidad son las características mecánicas más representativas.
En los materiales compuestos, en resumen, se pueden tener:
1. Fibras de refuerzo.
2. Resinas.
3. Acelerador.
4. Catalizador.
5. Plástico reforzado.
6. Diluyente.
5.4. Tratamientos en los metales
Cualquier metal sólido normalmente tiene una forma microscópica definida de celda y tamaño en cierto estado de energía, pero en algunos metales la forma al igual que el tamaño cambia de un estado de energía a otro. Dicho proceso se denomina tratamiento térmico.
Los distintos procesos y tratamientos se realizan para mejorar las propiedades de los metales una vez ya elaborados. Se pueden tener tratamientos:
Térmicos.
Termoquímicos.
Mecánicos.
Termomecánicos.
Superficiales.
Objetivos de los tratamientos en los metales
1. Conseguir una estructura de menor dureza y mejor maquinabilidad (facilidad para trabajarlos con máquinas).
2. Eliminar la acritud que origina el trabajo en frío.
3. Eliminar las tensiones ya que pueden producir deformaciones y/o roturas.
4. Eliminar las tensiones internas, que elevan la dureza y la fragilidad.
5. Conseguir una estructura más homogénea.
6. Conseguir la máxima dureza y resistencia.
7. Mejorar la resistencia a los agentes químicos.
8. Variar algunas de las características físicas.
Tratamientos térmicos
Se realizan con un calentamiento del material a la temperatura adecuada al tipo de tratamiento, realizando posteriormente un enfriamiento más o menos prolongado.
1. Templado. En el acero, el componente austenita enfriado rápidamente se transforma en el constituyente estructural martensita.
Enfriamiento rápido No existe tiempo para la transformación estructural La estructura dota a la pieza de dureza permanente a temperatura menor de 723 ºC.
Existen tres tipos:
Templado a fondo.
Templado superficial con carbono propio.
Templado superficial con carbono aportado.
2. Recocido. En el acero, el componente austenita enfriado lentamente se transforma en los constituyentes más estables: perlita y vainita.
Existen tres tipos:
Para eliminar tensiones.
De ablandamiento.
De recristalización.
3. Revenido. Consiste en calentar las piezas después de templarlas a una temperatura inferior al punto crítico, para provocar la transformación del componente martensita en formas más estables, seguido de un enfriamiento más bien rápido.
Se efectúa siempre tras el temple y para eliminar la fragilidad y las tensiones asociadas.
TEMPLADO + REVENIDO Elevada resiliencia (resistencia al choque).
4. Bonificado. Consiste en realizar un temple más revenido a una temperatura de 600 ºC. Se hace para conseguir elevadas resistencias mecánicas y tenacidad.
5. Normalizado. Es similar al recocido. Se diferencia en que la velocidad de enfriamiento es algo más elevada, así como la temperatura de calentamiento. El enfriamiento se consigue sacando las piezas del horno y dejándolas enfriar en el aire, en calma.
Tratamientos termoquímicos
Se realizan para mejorar las propiedades de los metales mediante el aporte de elementos que implican variación en la composición química del material.
1. Cementación. Se consigue un elevado tanto por ciento de carbono en la superficie de los aceros, a temperatura determinada.
2. Nitruración. Se consigue un endurecimiento superficial por absorción de nitrógeno, a temperatura adecuada.
3. Cinanuración. Se emplea para conseguir un endurecimiento superficial para piezas pequeñas de aceros bajos en carbono.
4. Sulfinización. Se consiguen elevadas resistencias al desgaste y bajo coeficiente de rozamiento (por lubricación).
Tratamientos mecánicos
Se utilizan normalmente para la conformación de los metales. Implican cambios en la estructura y por tanto en las propiedades.
1. En caliente (forja). Modificación de la estructura cristalina por aplicación de esfuerzos de compresión, a temperatura de forja. Con la forja a golpes se logra un afino de los granos y una mejor tenacidad.
2. En frío. Se basan en la acritud e implican incremento de las propiedades mecánicas.
Tratamientos termodinámicos
Es la combinación de tratamientos térmicos y de deformación plástica.
1. Ausforming. Se consigue una elevada resistencia a la tracción. Se mantiene además buena ductilidad.
2. Laminación controlada. Se consiguen estructuras de grano fino.
Tratamientos superficiales
Se realizan en las superficies de las piezas para aumentar la resistencia al desgaste, la corrosión y la oxidación, y para resaltar el acabado. Para realizar los tratamientos superficiales, y antes del recubrimiento, se debe realizar el decapado (eliminación de la capa de laminación y orín).
1. Por transformación superficial del metal.
Anodización.
Fosfatación.
2. Revestimientos metálicos.
Galvanizado. Recubrimiento del acero con cinc. Se evita la corrosión. Se realiza por inmersión de la pieza en un baño de cinc fundido.
Estañado. Recubrimiento de metales (férricos, cobre, aluminio, cinc y sus aleaciones). Se realiza por inmersión en un baño de estaño fundido. Se emplea para la protección contra la corrosión del metal base.
Niquelado. Recubrimiento de metales (hierro, cobre, aluminio o cinc) con níquel por medio de electrólisis. Se consigue una elevada resistencia al desgaste y a la corrosión.
Cromado. Recubrimiento galvánico sobre metales con cromo. Se consigue una elevada resistencia al desgaste, al rayado, a la penetración y a la corrosión. Se mejora el coeficiente de rozamiento.
Elemento niquelado
3. Revestimientos no metálicos.
Pinturas. Normalmente se aplican sobre un pigmento pasivador (minio).
Esmaltes. Son borosilicatos de calcio, de potasio y de plomo. Esta capa no es elástica, salta con facilidad si se golpea.
6. Instrumentos de metrología
La metrología es la ciencia que estudia las medidas, y su utilización se considera fundamental en los trabajos de taller en las industrias de mecánica. Habrá que saber manejar bien los instrumentos y tener también en cuenta los factores externos que pueden influir, como la temperatura y las vibraciones, para realizarlas correctamente.
Las medidas se pueden realizar de dos maneras claramente definidas: directa e indirectamente.
En las mediciones directas se toman datos con instrumentos directamente de la pieza, definiendo las dimensiones que el elemento medido tiene realmente. Las medidas indirectas realizan comparaciones con otras, de forma que se detecta si la pieza tiene las dimensiones que debe lograr dentro de las tolerancias previstas. Se trata en este último caso de verificar que las piezas se encuentran dentro de las medidas estándar definidas.
Como instrumentos de medida directa se encuentran:
1. Regla graduada. Es un instrumento construido de diferentes materiales, que tiene una o varias escalas graduadas en milímetros, centímetros o pulgadas. Las medidas se realizan directamente sobre la pieza, no teniendo por ello una gran precisión, influyendo además factores como la observación, los movimientos relativos y la temperatura.
Diferentes tipos de reglas
2. Calibre. También llamado ‘pie de rey’, se utiliza para conseguir mayor precisión en las medidas directas. Consta de una parte móvil con nonio, con el que se pueden obtener mediciones decimales. Se pueden realizar en las piezas mediciones exteriores, interiores y profundidades, gracias a las uñas y patilla móvil que tiene.
Se pueden tener calibres de medición manual, de círculo graduado y, en la actualidad, digital.
Calibre de círculo graduado y calibre digital
3. Micrómetro. También llamado tornillo de Palmer, tiene un tornillo micrométrico que gira en su avance, realizando mediciones finas del orden de centésimas o incluso de milésimas de milímetro o micras. Utilizado generalmente para medir espesores de chapa y elementos de un tamaño muy pequeño, se utiliza introduciendo el elemento a medir entre las dos patillas enfrentadas, girando el tornillo hasta un tope de presión. El nonio es circular y se encuentra en el tornillo móvil.
Al igual que en el caso del calibre, se pueden tener micrómetros para medidas interiores y profundidades y de tipo digital en la actualidad.
Micrómetros de interiores, de profundidades y digital
4. Goniómetro. Es un círculo o semicírculo graduado en 180º o 360º sexagesimales, que mide ángulos entre dos objetos. Se utiliza en el taller para obtener ángulos en las piezas. Tiene una parte móvil que gira para permitir las mediciones. Su exactitud es grande, y en los instrumentos manuales depende en gran medida de la buena interpretación de los datos y de la apreciación.
También existen goniómetros digitales que facilitan las lecturas en las mediciones realizadas.
5. Gramil. También llamado calibre de altitud, es un instrumento que realiza mediciones de altura en piezas apoyadas, mediante el desplazamiento vertical del brazo móvil de que dispone. Se utiliza también para marcar medidas verticales en las piezas. De igual forma que los aparatos anteriores, existen de marcación digital.
Como instrumentos de medida indirecta se tienen:
1. Reloj comparador. Es un instrumento que transforma el movimiento rectilíneo de la punta de contacto o palpador en movimiento circular de la aguja. Esta capacidad se consigue con un juego interior de engranajes que transforman los movimientos. Las precisiones llegan hasta las micras o milésimas de milímetro. Existen igualmente en la actualidad, comparadores digitales.
2. Calibre fijo pasa no pasa. Se utiliza para verificar que determinadas piezas se encuentran dentro de las tolerancias de fabricación, para series de piezas iguales. Los extremos tienen las medidas estándar que deben de cumplirse, incluyendo las tolerancias. Se trata de tampones para verificar interiores, exteriores, profundidades y roscados.
3. Galga. Se encuentran dentro de los calibres de comparación, y se trata de elementos calibrados para verificar separación de elementos e investigar sobre el tamaño de radios exteriores, interiores y roscas existentes.
Diferentes tipos de galga
| Nota |
La galga es el espesor del objeto en micras multiplicado por cuatro. De esta manera un espesor de 50 micras sería una galga 200.
4. Falsa escuadra. Está construida con dos reglas unidas mediante un tornillo y tuerca en un punto. Se puede abrir o cerrar a voluntad, con el fin de formar un ángulo cualquiera. Sirve para transportar cualquier ángulo a otra pieza o superficie. Para formar un ángulo determinado hay que disponer de un patrón de comparación.
Falsa escuadra
| Aplicación práctica |
En el taller se recibieron ayer las chapas de acero inoxidable para ser cortadas por el láser. Debido a su alto precio, se realiza una verificación del espesor ya que las piezas deben estar calibradas cuando se incluyan en el conjunto mecánico una vez terminadas. Realice la medición del espesor de la chapa con el micrómetro de espesores.
SOLUCIÓN
Se efectúa la medición y se toma nota de la lectura de la escala fija y de la escala móvil del nonio.
El resultado de la medición se debe sumar en tres partes.
1. Lectura de milímetros (Horizontal inferior) 11
2. Lectura de ½ milímetros (Horizontal superior) 0
3. Lectura del nonio coincidente con la línea horizontal 17
Total de la medición = 11 + 0,0 + 0,17 = 11,17 mm.
7. Máquinas de medir por coordenadas
Debido al rápido avance de la tecnología basada en la informática, existen en la actualidad máquinas electromecánicas que realizan mediciones mediante un palpador, que efectúa barridos en las tres direcciones del espacio, consiguiendo las verdaderas dimensiones de las piezas con un grado de exactitud muy elevado.
Las Máquinas de Medir por Coordenadas (MMC) proporcionan unas facilidades de rapidez y exactitud que solo están condicionadas por la limpieza, temperatura y vibraciones que se pueden encontrar en los lugares de la instalación de la máquina. Es por esto que debe realizarse una preparación previa de las condiciones ambientales para conseguir que las medidas se realicen con la exactitud que se quiere.
Con las mediciones en las tres direcciones cartesianas del espacio (X, Y, Z) y con un sistema de procesado de datos con software preciso, se pueden conseguir las mediciones más exactas. Las aplicaciones de las MMC van desde la verificación de la correspondencia real de una pieza diseñada y su fabricación según esas características, hasta la definición de las formas, ya sea de dimensiones y tolerancias, como de geometría y sus tolerancias de planicidad, rectitud, perpendicularidad, etc.
Máquinas de medir por coordenadas
| Nota |
Normalmente, el cabezal palpador se desplaza verticalmente (Z), realizando barridos en las otras direcciones superficiales (X e Y). Los datos se procesan en un ordenador, quedando registrados para la comprobación de exactitud o para el diseño de otras piezas con iguales o parecidas características.
8. Verificación de superficies: planas, cilíndricas, cónicas, roscadas y relativas
Verificar es comprobar por comparación si un elemento en sus medidas y/o formas es igual a un patrón. En mecánica, la verificación se emplea para ver si una cantidad de piezas se han construido conforme a las medidas del original. Es una actividad que se realiza muchas veces. Por ello es muy importante saber cómo hacerla correctamente.
Para la verificación se utilizan los instrumentos de metrología ya indicados, además de otros que se describen a continuación.
8.1. Superficies planas
Se pueden realizar con la regla de precisión, apoyándola y desplazándola sobre la superficie a verificar, y observando la planicidad por los posibles resaltos que pueden aparecer. También con el mármol de diabasa se puede comprobar la planicidad, entintando las piezas, desplazándolas sobre él y comprobando las marcas que deja.
8.2. Superficies cilíndricas y cónicas
Utilizando los calibres pasa-no pasa, tipo tampón y tipo anillo se pueden realizar verificaciones en la cilindricidad y conicidad de las superficies acabadas, tanto interiores como exteriores. También con palpadores con micrómetros que efectúan mediciones de precisión.
8.3. Superficies roscadas
Utilizando las galgas de roscas, posicionándolas sobre las roscas directamente, haciéndolas girar y comprobando la idoneidad.
8.4. Superficies relativas
Realizando comparación con patrones estándar, por medio de palpadores.
Para realizar las verificaciones también existen estaciones metrológicas, con palpadores y ampliadores de imagen, donde se efectúan mediciones de precisión. Pero los más utilizados son los que realizan las verificaciones en el taller de forma individual.
Estaciones metrológicas
9. Medición de revoluciones, par, potencia, tensiones, intensidades, vibraciones, presiones, caudales, esfuerzos dinámicos, temperatura de cojinetes, etc.
En los talleres de la industria mecánica a menudo se necesitan medir valores de electricidad, hidráulica, electrónica o temperatura. Existe para ello unos instrumentos clásicos además de los modernos que realizan las mediciones ayudados por el gran avance de la informática. A continuación se realizará un repaso general de cada uno de ellos, así como el fundamento de las unidades a medir.
9.1. Medición de revoluciones
La revolución por minuto (r.p.m.) se usa para la medir la velocidad angular de un elemento que gira sobre su propio eje. Es una unidad de frecuencia de giro de un elemento por cada unidad de tiempo.
El Hercio (Hz) es la unidad en el Sistema Internacional (SI).
El tacómetro es el dispositivo que se utiliza para medir la velocidad de giro de un elemento, normalmente un motor.
Dispone de dos acoplamientos, uno es una rueda y otro es una punta, que indican la velocidad angular. Dispone además de una célula fotoeléctrica en el otro extremo de la carcasa, la cual indica la lectura emitiendo un rayo de luz contra una pegatina preparada al efecto. En la actualidad se utilizan de tipo digital.
Tacómetro digital
| Aplicación práctica |
Su empresa ha recibido un palé con los motores trifásicos del pedido que realizó hace ya tres semanas. El encargado de la empresa le propone comprobar al azar uno de ellos en cuanto a sus revoluciones, ya que en casos anteriores el funcionamiento era distinto a las características solicitadas.
SOLUCIÓN
Una vez desembalado el motor y manipulado hacia el lugar de comprobación, teniendo en cuenta todas las medidas de seguridad para evitar accidentes, se debe comprobar que las revoluciones son las correctas con el tacómetro, que mide las revoluciones por minuto. Se ha de colocar la rueda circular en el tacómetro, apoyándolo sobre el acople que tiene el motor en su cabeza. Se realiza la lectura directamente en el indicador digital del tacómetro.
9.2. Medición de par
Medición de potencia mecánica
En elementos mecánicos como engranajes y palancas se producen momentos de giro también llamados par (momentos de un par de fuerzas). Esa potencia mecánica se transmite por las fuerzas físicas de contacto.
En la física clásica, el término de Potencia (P) se relaciona con la Fuerza (F) que se aplica, y la velocidad (v) que un elemento toma debido a aquella.
El dinamómetro es el dispositivo que se utiliza para medir fuerzas. Consiste en un muelle que se deforma al cargarlo, marcando con la escala la fuerza que se ha aplicado.
Existen diversos tipos, desde los manuales hasta los de tipo digital.
Dinamómetros
9.3. Medición de potencia
Medición de potencia eléctrica
En electricidad, la potencia se mide en vatios, que es igual a un julio/segundo. Se puede encontrar la Potencia eléctrica relacionando la Intensidad (I) en amperios y el Voltaje (V) en voltios de un aparato eléctrico, en función del tiempo (t) en segundos de utilización.
También la potencia eléctrica se puede obtener relacionando la Intensidad (I) en amperios, y la Resistencia (R) en ohmios de un aparato en funcionamiento.
El vatímetro es el dispositivo que se utiliza para medir la potencia eléctrica de un circuito. Consta de un par de bobinas, una fija y una móvil que gira marcando en la escala.
Existen diversos tipos, desde los de aguja hasta los actuales de tipo digital.
Vatímetro digital
9.4. Medición de tensiones
En electricidad, el potencial eléctrico entre dos puntos se denomina diferencia de potencial o tensión eléctrica. Se mide en voltios, que es igual a un julio/culombio. Se puede encontrar la tensión eléctrica relacionando la ‘Potencia’(P) en vatios y la ‘Intensidad’ (I) en amperios.
El voltímetro es el dispositivo que se utiliza para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Voltímetro
9.5. Medición de intensidades
En electricidad, la Intensidad se mide amperios, que es igual a un culombio/segundo. Se puede encontrar la Intensidad eléctrica (I) relacionando el Voltaje (V) en voltios y la Resistencia (R) en ohmios de un circuito, por la Ley de Ohm.
El amperímetro es el dispositivo que se utiliza para medir la intensidad de corriente que circula por un circuito eléctrico. Dispone de una resistencia interna muy pequeña, para evitar que exista caída de tensión y se aprecie toda la intensidad circulante. Se coloca siempre en serie con el circuito que se quiere medir.
Amperímetro
9.6. El polímetro
Existe un aparato de medición eléctrica que reúne las tres variables de Resistencia, Intensidad y diferencia de potencial o Tensión. Es muy utilizado tanto en circuitos electrónicos de corriente continua como en circuitos eléctricos de baja tensión en corriente alterna. Dispone de un selector circular, de unos terminales de toma y de una pantalla digital que facilita mucho las lecturas.
Polímetro
9.7. Medición de vibraciones
En los talleres mecánicos pueden aparecer vibraciones muy perjudiciales tanto para el correcto funcionamiento de los elementos como indeseables cuando se han de realizar mediciones de todo tipo. La vibración es la propagación de ondas elásticas que producen tensiones y deformaciones en un medio continuo.
El vibrómetro es el dispositivo que se utiliza para medir las vibraciones. Se utiliza enfocando la superficie que se desea medir. La luz láser se refleja y mide la variación, indicándose en una pantalla digital.
Vibrómetro
9.8. Medición de presiones
La presión atmosférica es la ejercida en la atmósfera terrestre por el aire que existe. En ella influye la altitud del punto donde se efectúe la medición. La presión manométrica es la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Esta es la presión que se mide en los recipientes cerrados llenos de líquidos o gases.
El manómetro es el dispositivo que se utiliza para medir las presiones de los gases o líquidos en los depósitos que los contienen. Constan de un reloj que efectúa mediciones por comparación siempre con la presión atmosférica en donde se encuentre el fluido a medir.
Manómetro
9.9. Medición de caudales
El caudal, en dinámica de fluidos, es la cantidad de fluido que pasa por una tubería en una unidad de tiempo. También se puede decir que es el volumen de fluido que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. El Caudal (Q) se relaciona con la velocidad (v) del fluido y el Área de la sección (A) que atraviesa.
El caudalímetro es el dispositivo, de tipo eléctrico o mecánico, que se utiliza para medir el caudal o gasto volumétrico de un fluido, ya sea líquido o gas. También puede llamarse medidor de flujo o flujómetro. Va colocado en serie, dispuesto en la tubería donde se quiere medir.
Caudalímetro
9.10. Medición de esfuerzos dinámicos
Los esfuerzos dinámicos son los que se producen en los mecanismos y las estructuras debidos a los movimientos relativos que se producen en su actuación.
En la dinámica pueden aparecer vibraciones, impactos y sobre todo fatiga.
| Consejo |
La fatiga es la característica que más se debe tener en cuenta en los esfuerzos, ya que es la que produce un mayor porcentaje de roturas o fallas en los mecanismos y las estructuras.
Las mediciones no se realizan directamente con un aparato en los mecanismos, sino que se emplean ensayos de laboratorio en los que se analizan los esfuerzos máximos a que pueden estar sometidos los materiales de construcción, para detectar hasta qué límites pueden llegar. Se analizan creando las condiciones más desfavorables para realizar el estudio.
El Péndulo de Charpy es el más empleado para estudiar la capacidad de absorción de impactos en una pieza (tenacidad y resiliencia).
9.11. Medición de temperatura de cojinetes
Los distintos tipos de cojinetes que existen, ya sean de fricción, de rodamientos de bolas, de agujas o de cilindros, se pueden clasificar dependiendo de la posición en que están cargados (axial, radial y mixto). Todos ellos en su trabajo se calientan, y la medición de su temperatura es importante para detectar y controlar su correcto funcionamiento y evitar las posibles roturas que puedan producirse.
En la actualidad, con el desarrollo de la tecnología, existen sensores que realizan el trabajo de detectar y medir las variaciones de temperatura que se pueden producir.
Sensor del cojinete
Las informaciones se registran en el programa de control del elemento que tenga el cojinete.
10. Resumen
Para la reparación de mecanismos y máquinas en la industria mecánica se deben conocer las normas de representación gráfica que se utilizan, para interpretar de manera única y en un idioma unificado internacionalmente los distintos elementos que aparecen.
Por medio de las representaciones gráficas de los conjuntos mecánicos se pueden cumplir las misiones de montaje y de funcionamiento de cualquier máquina. Es por ello que se considera muy importante conocer las normas industriales de dibujo.
El buen conocimiento de los instrumentos de medición que utiliza la ciencia metrológica en los talleres y su forma de manejarlos es esencial para llegar a ser un buen técnico.
Los materiales metálicos, básicos en la industria mecánica, están dejando paso a los más modernos plásticos y compuestos, con aplicaciones cada vez más amplias.
Los más modernos avances de la informática permiten en la actualidad realizar mediciones de todo tipo, tanto de dimensiones de piezas para verificación y fabricación, como el uso de instrumentos portátiles que nos ayudan a medir las distintas variables mecánicas y eléctricas que pueden aparecer e intervienen en el campo de la industria.
| Ejercicios de repaso y autoevaluación |
1. Algunos pasos fundamentales en la realización de un croquis son:
a. Preparar el compás para trazar los arcos, realizar una visión general y acotar correctamente.
b. Anotar el estado de las superficies, encuadrar las dimensiones mayores y ordenar las vistas.
c. Preparar el instrumental necesario, borrar las líneas auxiliares sobrantes y no repetir medidas.
d. Realizar el alzado en líneas gruesas, indicar el sistema de proyección, acotar con medidas a escala.
2. ¿Cuáles son los sistemas de representación de las vistas de una pieza en dibujo industrial?
a. Europeo y americano (1er diedro).
b. Americano y europeo (1er diedro).
c. Europeo (3er diedro) y americano.
d. Americano (1er diedro) y europeo (3er diedro).
3. Indique cuál de las siguientes afirmaciones no es un principio general de acotación:
a. Las líneas de cota dimensional no pueden ser cortadas por auxiliares.
b. Se ha de definir cada elemento una sola vez.
c. Las cifras de cota en radios se inscribirán con línea horizontal.
d. El operario no debe medir sobre el plano, deben existir cotas parciales.
4. ¿Cuáles son los principios básicos de la normalización?
a. Simplificar, unificar y especificar.
b. Especificar, designar y unificar.
c. Especificar, simplificar y normalizar.
d. Unificar, especificar y acotar.
5. Relaciona según corresponda las siglas de organismos de normalización en la industria con la zona o estado al que pertenecen.
a. UNI
b. AENOR
c. DIN
d. ISO
e. CEN
f. NF
__INTERNACIONAL
__FRANCIA
__ALEMANIA
__ESPAÑA
__ITALIA
__EUROPEA
6. ¿Cuáles son tratamientos térmicos que se realizan a las piezas mecánicas?
a. Templado, revenido y estañado en frío.
b. Normalizado, laminado en caliente y templado.
c. Bonificado, normalizado y revenido.
d. Cianuración, templado y recocido.
7. Complete:
El calibre, también llamado ‘pie de rey’ consta de un _____________ con el que se pueden obtener mediciones _________________ . Se pueden realizar en las piezas mediciones exteriores, interiores y ___________ , gracias a las _____________ y patilla ______________ que tiene.
8. Seleccione si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
La diferencia entre sección y corte es que en la sección se representa solo la parte seccionada y en el corte se representan además las líneas que quedan detrás.
Verdadero
Falso
El número, que es la marca de una pieza de un conjunto mecánico, indica el orden de desmontaje que se ha de seguir.
Verdadero
Falso
El acero es una fundición de hierro y carbono con pequeños tantos por ciento de magnesio, silicio, azufre y fósforo.
Verdadero
Falso
Los materiales poliméricos son macromoléculas que están formadas por carbono, hidrógeno, silicio y nitrógeno, unidos por enlaces covalentes.
Verdadero
Falso
El reloj comparador es un instrumento de medición directa que transforma el movimiento lineal del palpador en circular de la aguja marcadora.
Verdadero
Falso
El manómetro consta de un reloj y se utiliza para medir presiones absolutas en recipientes, por comparación con la atmosférica.
Verdadero
Falso
9. Relaciona según corresponda los instrumentos de medición que se utilizan en la industria con las magnitudes que se pueden medir con los instrumentos.
a. Amperímetro
b. Manómetro
c. Péndulo de Charpy
d. Dinamómetro
e. Tacómetro
f. Vatímetro
__Velocidad angular
__Tenacidad mecánica
__Potencia mecánica
__Potencia eléctrica
__Presión absoluta
__Intensidad eléctrica
10. Realice una descripción de los instrumentos de metrología estudiados, indicando el tipo de medida que realizan y un croquis de cada uno de ellos.
