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MAQUINAS SIMPLES Descripcion: Una máquina simple es un artefacto mecánico que transforma una fuerza aplicada en otro resultante, modificando la magnitud de la fuerza, su dirección, la longitud de desplazamiento o una combinación de ellas. En una máquina simple se cumple la ley de la conservación de la energía: «la energía ni se crea ni se destruye; solamente se transforma». La fuerza aplicada, multiplicada por la distancia aplicada (trabajo aplicado), será igual a la fuerza resultante multiplicada por la distancia resultante (trabajo resultante). Una máquina simple ni se crea ni destruye es trabajo mecánico, sólo se transforma algunas de sus características. ALGUNAS MAQUINAS SIMPLES RUEDA La rueda es una pieza mecánica circular que gira alrededor de un eje. Puede ser considerada una máquina simple, y forma parte del conjunto denominado elementos de máquinas. Es uno de los inventos fundamentales en la Historia de la humanidad, por su gran utilidad en la elaboración de alfarería, en el transporte terrestre, y como componente fundamental de diversas máquinas. El conocimiento de su origen se pierde en el tiempo, y sus múltiples usos han sido esenciales en el desarrollo del progreso humano. EtimologíaLa palabra rueda proviene del término latino rota, que procede del proto-indo-europeo rotā-, una forma de la raíz ret- que significa "para rodar, girar".1 Los estudiosos han sugerido que la palabra rueda encuentra su raíz en las lenguas de los pueblos orientales más antiguos, y que de allí pasó a los idiomas mediterráneos (griego y latín) con la migración de los indoeuropeos desde Asia a Europa. Historia de la ruedaLa invención de la rueda corresponde a la época final del neolítico, y puede ser visto en relación con los demás avances tecnológicos que dieron lugar a inicio de la Edad de Bronce. Los estudios estiman que fue inventada en el quinto milenio a. C. en Mesopotamia, durante el período de El Obeid, en la antigua región conocida como Creciente Fértil, inicialmente, con la función de rueda de alfarero. Posteriormente se empleó en la construcción de carros; se difundió por el Viejo Mundo junto con los carros y los animales de tiro. La rueda llegó a Europa y Asia occidental en el cuarto milenio a. C., y al Valle del Indo hacia el tercer milenio a. C. Barbieri-Baja (2000) aboga por la existencia de vehículos chinos de ruedas cerca de 2000 a. C., aunque su referencia más antigua se data ca. 1200 a. C. Entre las culturas americanas no prosperó, probablemente por la ausencia de grandes bestias que pudieran tirar de los vehículos, y porque las civilizaciones más avanzadas ocupaban terrenos escarpados. Han sido encontradas ruedas en objetos olmecas identificados como juguetes que se datan alrededor de 1500 a. C. Evolución de la rueda de transporte Las primeras ruedas eran simples discos de madera con un agujero central para insertarlas en un eje. La posterior invención de la rueda con radios permitió la construcción de vehículos más rápidos y ligeros; surge durante la cultura de Andronovo (2000 - 1200 a. C.), al norte de Asia Central. La inclusión de llantas de hierro alrededor de las ruedas de los carros surge en el primer siglo antes de Cristo, en los pueblos celtas, además, fueron los primeros que usaron un tipo rudimentario de rodamiento en el eje: unos discos de madera muy dura; posteriormente, los romanos utilizaron anillos de bronce como rodamiento, a modo de buje. Por esa época, constructores daneses también probaron con éxito un sistema de cojinetes con rodillos de madera, que hacían girar la rueda con menor fricción. No hubo grandes modificaciones hasta el siglo XIX, cuando se generaliza el uso de metales en la elaboración de maquinarias; en la década de 1880, se inventaron los neumáticos para ruedas; en el siglo XX se construyen ruedas de las más variadas aleaciones. La evolución de la rueda fue pareja con el desarrollo del automóvil, que exigía mayor resistencia, mayor adherencia al suelo y menor desgaste. El problema principal, las pinchaduras, fue resuelto con la aparición de las primeras cubiertas sin cámara, a partir de1960. Otros usosEn la Edad Media y el Renacimiento se idearon perfeccionamientos técnicos que encontraron aplicación en ingenios de hidráulica y militares. Con la Revolución industrial la rueda comenzó a utilizarse para la transmisión de pares motrices, preferentemente, siendo el principal elemento de la civilización de las máquinas. Restos arqueológicosCerca de la zona norte del Cáucaso se encontraron varias fosas, en las que desde 3700 a. C. habían sido enterradas personas con sus carros. En Eslovenia (2003) se halló una rueda cuya antigüedad se dató entre 5100 y 5350 años (3100 - 3350 a. C.)2 En la ciudad de Ur se descubrió un bajorrelieve de mediados del siglo XXV a. C., el carro de los felinos, la representación más antigua conservada de la rueda como elemento propulsor. CUÑA La cuña es una máquina simple que consiste en una pieza de madera o de metal terminada en ángulo diedro muy agudo. Técnicamente es un doble plano inclinadoportátil. Sirve para hender o dividir cuerpos sólidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o hueco. El funcionamiento de la cuña responde al mismo principio que el del plano inclinado. Al moverse en la dirección de su extremo afilado, la cuña genera grandes fuerzas en sentido perpendicular a la dirección del movimiento. . Ejemplos muy claros de cuñas son hachas, cinceles y clavos aunque, en general, cualquier herramienta afilada, como el cuchillo o el filo de las tijeras, puede actuar como una cuña. la formula de la cuña es: FL=PH tomando en cuenta que P= a fuerza al igual que F L= igual a longitud H= igual a altura entoces decimos P*H sobre L PALANCA La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir una fuerza y un desplazamiento. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro. Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza. Historia El descubrimiento de la palanca y su empleo en la vida cotidiana proviene de la época prehistórica. Su empleo cotidiano, en forma de cigoñales, está documentado desde el tercer milenio a. C. –en sellos cilíndricos de Mesopotamia– hasta nuestros días. El manuscrito más antiguo que se conserva con una mención a la palanca forma parte de la Sinagoga o Colección matemática de Pappus de Alejandría, una obra en ocho volúmenes que se estima fue escrita alrededor del año 340. Allí aparece la famosa cita de Arquímedes: «Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo». Al heleno Arquímedes se le atribuye la primera formulación matemática del principio de la palanca. Ley de la palancaEn física, la ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación: Ley de la palanca: Potencia por su brazo es igual a resistencia por el suyo.Siendo P la potencia, R la resistencia, y Bp y Br las distancias medidas desde el fulcro hasta los puntos de aplicación de P y R respectivamente, llamadas brazo de potencia y brazo de resistencia. Si en cambio una palanca se encuentra rotando aceleradamente, como en el caso de una catapulta, para establecer la relación entre las fuerzas y las masas actuantes deberá considerarse la dinámica del movimiento en base a los principios de conservación de cantidad de movimiento ymomento angular. PLANO INCLINADO El plano inclinado es una máquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura. Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento. Las leyes que rigen el comportamiento de los cuerpos en un plano inclinado fueron enunciadas por primera vez por el matemático Simon Stevin, en la segunda mitad del siglo XVI. Para analizar las fuerzas existentes sobre un cuerpo situado sobre un plano inclinado, hay que tener en cuenta la existencia de varios orígenes en las mismas. En primer lugar se debe considerar la existencia de una fuerza de gravedad, también conocida como peso, que es consecuencia de la masa (M) que posee el cuerpo apoyado en el plano inclinado y tiene una magnitud de M.g con una dirección vertical y representada en la figura por la letra G.Existe además una fuerza normal (N), también conocida como la fuerza de reacción ejercida sobre el cuerpo por el plano como consecuencia de latercera ley de Newton, se encuentra en una dirección perpendicular al plano y tiene una magnitud igual a la fuerza ejercida por el plano sobre el cuerpo. En la figura aparece representada por N y tiene la misma magnitud que F2= M.g.cosα y sentido opuesto a la misma.Existe finalmente una fuerza de rozamiento, también conocida como fuerza de fricción (FR), que siempre se opone al sentido del movimiento del cuerpo, su magnitud depende tanto del peso como de las características superficiales del plano inclinado y la superficie en contacto del cuerpo que proporcionan un coeficiente de rozamiento. Esta fuerza debe tener un valor igual a F1=M.g.senα para que el cuerpo se mantenga en equilibrio. En el caso en que F1 fuese mayor que la fuerza de rozamiento el cuerpo se deslizaría hacia abajo por el plano inclinado. Por tanto para subir el cuerpo se debe realizar una fuerza con una magnitud que iguale o supere la suma de F1 + FR. POLEA Una polea, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta", se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso. Según definición de Hatón de la Goupillière, «la polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa»1 actuando en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia. HistoriaLa única nota histórica sobre su uso se debe a Plutarco, quien en su obra Vidas paralelas (c. 100 a. C.) relata que Arquímedes, en carta al rey Hierón de Siracusa, a quien lo unía gran amistad, afirmó que con una fuerza dada podía mover cualquier peso e incluso se jactó de que si existiera otra Tierra yendo a ella podría mover ésta. Hierón, asombrado, solicitó a Arquímedes que realizara una demostración. Acordaron que el objeto a mover fuera un barco de la armada del rey, ya que Hierón creía que éste no podría sacarse de la dársena y llevarse a dique seco sin el empleo de un gran esfuerzo y numerosos hombres. Según relata Plutarco, tras cargar el barco con muchos pasajeros y con las bodegas repletas, Arquímedes se sentó a cierta distancia y tirando de la cuerda alzó sin gran esfuerzo el barco, sacándolo del agua tan derecho y estable como si aún permaneciera en el mar. TORNILLO Se denomina tornillo (Elemento de union Temporal) a un elemento u operador mecánico cilíndrico dotado de cabeza, generalmente metálico, aunque pueden ser de madera o plástico, utilizado en la fijación de unas piezas con otras, que está dotado de una caña roscada con rosca triangular, que mediante una fuerza de torsión ejercida en su cabeza con una llave adecuada o con un destornillador. Se puede introducir en un agujero roscado a su medida o atravesar las piezas y acoplarse a una tuerca.1 El tornillo deriva directamente de la máquina simple conocida como plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado.2 Los tornillos permiten que las piezas sujetas con los mismos puedan ser desmontadas cuando la ocasión lo requiera.

Historia de las maquinas de vapor Máquina de vapor, dispositivo mecánico que convierte la energía del vapor de agua en energía mecánica y que tiene varias aplicaciones en propulsión y generación de electricidad. El principio básico de la máquina de vapor es la transformación de la energía calorífica del vapor de agua en energía mecánica, haciendo que el vapor se expanda y se enfríe en un cilindro equipado con un pistón móvil. El vapor utilizado en la generación de energía o para calefacción suele producirse dentro de una caldera. La caldera más simple es un depósito cerrado que contiene agua y que se calienta con una llama hasta que el agua se convierte en vapor saturado. Los sistemas domésticos de calefacción cuentan con una caldera de este tipo, pero las plantas de generación de energía utilizan sistemas de diseño más complejo que cuentan con varios dispositivos auxiliares. La eficiencia de los motores de vapor es baja por lo general, lo que hace que en la mayoría de las aplicaciones de generación de energía se utilicen turbinas de vapor en lugar de máquinas de vapor. El primer motor de pistón fue desarrollado por el físico e inventor francés Denis Papin y se utilizó para bombear agua. El motor de Papin, poco más que una curiosidad, era una máquina tosca que aprovechaba el movimiento del aire más que la presión del vapor. La máquina contaba con un único cilindro que servía también como caldera. Se colocaba una pequeña cantidad de agua en la parte inferior del cilindro y se calentaba hasta que producía vapor. La presión del vapor empujaba un pistón acoplado al cilindro, tras lo cual se eliminaba la fuente de calor de la parte inferior. A medida que el cilindro se enfriaba, el vapor se condensaba y la presión del aire en el exterior del pistón lo empujaba de nuevo hacia abajo. En 1698 el ingeniero inglés Thomas Savery diseñó una máquina que utilizaba dos cámaras de cobre que se llenaban de forma alternativa con vapor producido en una caldera. Esta máquina se utilizó también para bombear agua, igual que la máquina llamada motor atmosférico desarrollada por el inventor británico Thomas Newcomen en 1705. Este dispositivo contaba con un cilindro vertical y un pistón con un contrapeso. El vapor absorbido a baja presión en la parte inferior del cilindro actuaba sobre el contrapeso, moviendo el pistón a la parte superior del cilindro. Cuando el pistón llegaba al final del recorrido, se abría automáticamente una válvula que inyectaba un chorro de agua fría en el interior del cilindro. El agua condensaba el vapor y la presión atmosférica hacía que el pistón descendiera de nuevo a la parte baja del cilindro. Una biela, conectada al eje articulado que unía el pistón con el contrapeso, permitía accionar una bomba. El motor de Newcomen no era muy eficiente, pero era lo bastante práctico como para ser utilizado con frecuencia para extraer agua en minas de carbón. Durante sus trabajos de mejora de la máquina de Newcomen el ingeniero e inventor escocés James Watt desarrolló una serie de ideas que permitieron la fabricación de la máquina de vapor que hoy conocemos. El primer invento de Watt fue el diseño de un motor que contaba con una cámara separada para la condensación del vapor. Esta máquina, patentada en 1769, redujo los costos de la máquina de Newcomen evitando la pérdida de vapor producida por el calentamiento y enfriamiento cíclicos del cilindro. Watt aisló el cilindro para que permaneciera a la temperatura del vapor. La cámara de condensación separada, refrigerada por aire, contaba con una bomba para hacer un vacío que permitía absorber el vapor del cilindro hacia el condensador. La bomba se utilizaba también para eliminar el agua de la cámara de condensación. Otro concepto fundamental de las primeras máquinas de Watt era el uso de la presión del vapor en lugar de la presión atmosférica para obtener el movimiento. Watt diseñó también un sistema por el cual los movimientos de vaivén de los pistones movían un volante giratorio. Esto se consiguió al principio con un sistema de engranajes y luego con un cigüeñal, como en los motores modernos. Entre las demás ideas de Watt se encontraba la utilización del principio de acción doble, por el cual el vapor era inyectado a un lado del pistón cada vez para mover éste hacia adelante y hacia atrás. También instaló válvulas de mariposa en sus máquinas para limitar la velocidad, además de reguladores que mantenían de forma automática una velocidad de funcionamiento estable. El siguiente avance importante en el desarrollo de máquinas de vapor fue la aparición de motores sin condensación prácticos. Si bien Watt conocía el principio de los motores sin condensación, no fue capaz de perfeccionar máquinas de este tipo, quizá porque utilizaba vapor Máquinas de vapor modernas. El funcionamiento de una máquina de vapor moderna convencional se muestra en las figuras 1a-d, que muestran el ciclo de funcionamiento de una máquina de este tipo. En la figura 1a, cuando el pistón se encuentra en el extremo izquierdo del cilindro, el vapor de agua entra por el cabezal de la válvula y a través del orificio hacia la parte izquierda del cilindro. La posición de la válvula deslizante de corredera permite que el vapor ya utilizado en la parte derecha del pistón escape a través del orificio de expulsión o conducto de salida. El movimiento del pistón acciona un volante, que a su vez mueve una biela que controla la válvula deslizante. Las posiciones relativas del pistón y la válvula deslizante son reguladas por las posiciones relativas de los puntos en que están acoplados el cigüeñal y la biela de la válvula de deslizamiento al volante. En la segunda posición, que se muestra en la figura 1b, el vapor que se encuentra en la parte izquierda del cilindro se ha expandido y ha desplazado el pistón hacia el punto central del cilindro. Al mismo tiempo, la válvula se ha movido a su posición de cierre de forma que el cilindro queda estanco y no pueden escapar ni el vapor del cilindro ni el de la caja de válvulas. Según se mueve el pistón hacia la derecha a causa de la presión del vapor en expansión, como se muestra en la figura 1c, la caja de válvulas, que contiene vapor, se conecta al extremo derecho del cilindro. En esta posición la máquina está preparada para iniciar el segundo tiempo del ciclo de doble acción. Por último, en la cuarta posición (figura 1d), la válvula cubre de nuevo los orificios de ambos extremos del cilindro y el pistón se desplaza hacia la izquierda, empujado por la expansión del vapor en la parte derecha del cilindro. El tipo de válvula que aparece en la figura es la válvula simple de deslizamiento, la base de la mayoría de las válvulas de deslizamiento utilizadas en las máquinas de vapor actuales. Este tipo de válvulas tienen la ventaja de ser reversibles, o sea, que su posición relativa al pistón puede variarse cambiando la porción de la excéntrica que las mueve, tal y como se muestra en la figura 2. Cuando se mueve la excéntrica 180 grados, puede invertirse la dirección de rotación de la máquina. La válvula de deslizamiento tiene no obstante un buen número de desventajas. Una de las más importantes es la fricción, causada por la presión del vapor en la parte posterior de la válvula. Para evitar el desgaste que causa esta presión, las válvulas de las máquinas de vapor suelen fabricarse en forma de un cilindro que encierra el pistón, con lo que la presión es igual en toda la válvula y se reduce la fricción. El desarrollo de este tipo de válvula se atribuye al inventor y fabricante estadounidense George Henry Corliss. En otros tipos de válvulas, su parte móvil está diseñada de forma que el vapor no presione directamente la parte posterior. La unión entre el pistón y la válvula que suministra el vapor es muy importante, ya que influye en la potencia y la eficiencia de la máquina. Cambiando el momento del ciclo en que se admite vapor en el cilindro puede modificarse la cantidad de compresión y expansión del cilindro, consiguiéndose así variar la potencia de salida de la máquina. Se han desarrollado varios tipos de mecanismos de distribución que unen el pistón a la válvula, y que no sólo permiten invertir el ciclo sino también un cierto grado de control del tiempo de admisión y corte de entrada del vapor. Los mecanismos de distribución por válvulas son muy importantes en locomotoras de vapor, donde la potencia que se requiere de la máquina cambia con frecuencia. El esfuerzo alcanza su punto máximo cuando la locomotora está arrancando y es menor cuando circula a toda velocidad. Un componente importante de todos los tipos de máquinas de vapor de vaivén es el volante accionado por el cigüeñal del pistón. El volante, una pieza por lo general pesada de metal fundido, convierte los distintos empujes del vapor del cilindro en un movimiento continuo, debido a su inercia. Esto permite obtener un flujo constante de potencia. En las máquinas de vapor de un solo cilindro la máquina puede detenerse cuando el pistón se encuentra en uno de los extremos del cilindro. Si el cilindro se encuentra en esta posición, se dice que el motor se encuentra en punto muerto y no puede arrancarse. Para eliminar los puntos muertos, las máquinas cuentan con dos o más cilindros acoplados, dispuestos de tal forma que la máquina puede arrancar con independencia de la posición de los pistones. La manera más simple de acoplar dos cilindros de una máquina es unir los dos cigüeñales con el volante de la forma que se muestra en la figura 3. Para conseguir un equilibrio mayor puede utilizarse una máquina de tres cilindros en la que las manivelas de los cilindros se colocan en ángulos de 120 grados. El acoplamiento de los cilindros no sólo elimina las dificultades de arranque sino que permite diseñar plantas de generación con un funcionamiento más fiable. Los cilindros de una máquina compuesta, al contrario que el de una de un solo cilindro, pueden mantenerse próximos a una temperatura uniforme, lo que aumenta la eficiencia de la máquina. Un avance en el diseño de las máquinas de vapor fue la máquina de flujo unidireccional, que utiliza el pistón como válvula y en la que todas las partes del pistón permanecen aproximadamente a la misma temperatura cuando la máquina está en funcionamiento. En estas máquinas el vapor se mueve solamente en una dirección mientras entra en el cilindro, se expande y abandona el cilindro. Este flujo unidireccional se consigue utilizando dos conjuntos de orificios de entrada en cada extremo del cilindro, junto con un único conjunto de orificios de salida en la parte central de la pared del cilindro. La corriente de vapor que entra por los dos conjuntos de orificios de entrada se controla con válvulas separadas. Las ventajas inherentes a este sistema son muy considerables por lo que este tipo de máquina se utiliza en grandes instalaciones, si bien su coste inicial es mucho mayor que el de las máquinas convencionales. Una virtud de la máquina de flujo unidireccional es que permite un uso eficiente del vapor a altas presiones dentro de un único cilindro, en lugar de requerir un cilindro compuesto. A muy baja presión. A principios del siglo XIX el ingeniero e inventor británico Richard Trevithick y el estadounidense Oliver Evans construyeron motores sin condensación con buenos resultados, utilizando vapor a alta presión. Trevithick utilizó este modelo de máquina de vapor para mover la primera locomotora de tren de todos los tiempos. Tanto Trevithick como Evans desarrollaron también carruajes con motor para carretera. Por esta época el ingeniero e inventor británico Arthur Woolf desarrolló las primeras máquinas de vapor compuestas. En estas máquinas se utiliza vapor a alta presión en un cilindro y cuando se ha expandido y perdido presión es conducido a otro cilindro donde se expande aún más. Los primeros motores de Woolf eran del tipo de dos fases, pero algunos modelos posteriores de motores compuestos contaban con tres o cuatro fases de expansión. La ventaja de utilizar en combinación dos o tres cilindros es que se pierde menos energía al calentar las paredes de los cilindros, lo que hace que la máquina sea más eficiente

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