En este post se explica qué es el mecanismo biela-manivela y para qué sirve. Además, se muestran las diferentes partes que componen el mecanismo biela-manivela y la fórmula de este mecanismo.
Índice
¿Qué es el mecanismo biela-manivela?
El mecanismo biela-manivela es un mecanismo que sirve para transformar un movimiento circular en un movimiento de traslación, o viceversa. Es decir, el mecanismo biela-manivela permite convertir un movimiento giratorio en un movimiento lineal alternativo, y al revés.
Principalmente, el mecanismo biela-manivela está formado por la biela y la manivela. De manera que ambas partes mecánicas se combinan para pasar de un movimiento de rotación a un movimiento rectilíneo oscilatorio.
Como puedes ver en la imagen de arriba, la barra gris (manivela) hace un movimiento giratorio, mientras que el extremo de la derecha de la barra verde (biela) hace un movimiento lineal. Por lo tanto, el mecanismo biela-manivela permite pasar de un movimiento de giro a un movimiento rectilíneo.
El sistema biela-manivela no es un invento de la última época, sino que en el Imperio Romano ya se utilizaba. No obstante, aunque parece un tipo de mecanismo muy sencillo, tiene muchas aplicaciones en ingeniería, por ejemplo, los motores de combustión interna de los automóviles usan este mecanismo.
Elementos del mecanismo biela-manivela
Principalmente, el mecanismo biela-manivela tiene los siguientes elementos:
- Manivela: es una barra rígida que tiene un extremo unido al movimiento de giro y el otro extremo unido a la biela.
- Biela: es el elemento del mecanismo que se encarga de transformar el movimiento rotatorio de la manivela en un movimiento lineal.
- Guía: limita el movimiento del émbolo y de la biela, de este modo el movimiento del émbolo es lineal.
- Émbolo (o pistón): pieza del mecanismo biela-manivela que hace un movimiento rectilíneo oscilatorio, es decir, se mueve alternativamente hacia adelante y hacia atrás.
Fórmula del mecanismo biela-manivela
Una vez hemos visto la definición del mecanismo biela-manivela y sus componentes, vamos a ver cuál es la fórmula matemática que nos permite estudiar el movimiento de este mecanismo.
Para hallar la ecuación del mecanismo biela-manivela se utilizaran los parámetros representados en el siguiente esquema cinemático del mecanismo.
Tomando como referencia el extremo fijo de la manivela, la posición del extremo de la biela (x) es igual a la proyección horizontal de la manivela más la proyección horizontal de la biela. Por lo tanto, la fórmula del mecanismo biela-manivela es la siguiente:
No obstante, la fórmula de este tipo de mecanismo se puede simplificar. Ya que si se considera que la longitud de la biela es mucho más grande que la longitud de la manivela (l>>r), entonces la expresión queda de la siguiente manera:
Ejemplos de aplicaciones del mecanismo biela-manivela
Por último, veremos algunas de las aplicaciones más habituales del sistema biela-manivela.
- Motor de pistón: los motores de combustión interna seguramente son la aplicación más extendida del mecanismo biela-manivela. La función de este mecanismo es transformar la energía generada en la explosión del combustible en el movimiento circular del cigüeñal. Los coches no eléctricos utilizan este tipo de motor.
- Bombas hidrostáticas: el cigüeñal acciona el sistema biela-manivela y el pistón impulsa el fluido de la bomba.
- Máquina de coser: el funcionamiento de este tipo de máquina se basa en el mecanismo biela-manivela.
- Juguetes autómatas: la mayoría de juguetes que tienen movimientos automáticos también usan el mecanismo biela-manivela para su funcionamiento.
Que practicas se pueden realizar con este mecanismo.
Hola Angel, puedes ver alguno ejemplos de las aplicaciones del mecanismo biela-manivela en el último apartado del post.