BIELA

QUE ES LA BIELA

Este mecanismo transforma el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo.

Es un sistema reversible, lo que quiere decir que también puede funcionar para convertir un movimiento lineal alternativo en otro de giro, como en el caso de un pistón dentro del cilindro en el motor de un automóvil, donde la manivela se ve obligada a girar.

PARTES DE UNA BIELA

PARTES DE LA BIELA

La biela está dividida en tres partes, la primera es el pié, que es el extremo que va unido al bulón, que, a su vez, va enganchado en el cigüeñal. Éste es el extremo mas pequeño de la biela.

El cuerpo es la zona central de la biela, que debe soportar la mayor parte de los esfuerzos, pero al estar en continuo movimiento también debe de ser ligero, por ello se suele construir con forma de doble T.

La cabeza es la parte que va unida al cigüeñal, a diferencia del pie, la cabeza va dividida en dos mitades, una de ellas unida al cuerpo, y la otra (sombrerete) separada de éste, necesitando dos tornillos para unirse a él.

Por lo general las bielas se fabrican de acero templado, aunque en motores de altas prestaciones se suelen utilizar bielas de aluminio ó de titanio.

EJERCICIO DE POSICIÓN DEL SISTEMA BIELA-MANIVELA

Problema de posición:

El problema de posición lo resuelvo empleando las ecuaciones de lazos, así el lazo que uso es:

Tomando las cotas en centímetros, las pasamos a metros.

Con lo que tengo un sistemas de dos ecuaciones con dos incógnitas, resolviéndolo obtengo, s y ,

Del que obtengo: (1)

(2)

En los datos de la practica se dicen que la barra de entrada evoluciona con velocidad constante durante el recorrido considerado, por tanto

Dando valores numéricos, de lo que sacamos que:

Representando gráficamente la posición del barra de salida; s frente t.

3cos(2x)+5cos(asen(-0.6sin(2x)))

PROBLEMA DEL SISTEMA BIELA-MANIVELA INVERSO

Biela-manivela:Problema dinámico-inverso

PRÁCTICA DE TEORÍA DE MÁQUINAS

Mecanismo 3. Biela-Manivela. Introducción.

En este mecanismo, el movimiento de rotación de una manivela o cigüeñal provoca el movimiento rectilíneo, alternativo, de un pistón o émbolo. Una biela sirve para unir las dos piezas. Con la ayuda de un empujón inicial o un volante de inercia, el movimiento alternativo del pistón se convierte en movimiento circular de la manivela. El movimiento rectilíneo es posible gracias a una guía o un cilindro, en el cual se mueve. Este mecanismo se usa en los motores de muchos vehículos.

El recorrido máximo que efectúa el pistón se llama carrera del pistón. Los puntos extremos del recorrido corresponden a dos posiciones diametralmente opuestas de la manivela. Por lo tanto, el brazo de la manivela (distancia del eje al punto de unión con la biela) equivale a la mitad de la carrera del pistón.

El pistón completa dos carreras por cada vuelta de la manivela, de manera que la relación entre velocidades es

Vm = 2 ð R / ð

donde

Vm : velocidad media del pistón
ð : velocidad de giro de la manivela
R : brazo de la manivela

El cálculo de la velocidad máxima que adquiere el pistón es más complicado, y depende básicamente de la longitud de la biela. Cuando la biela es bastante mayor que el brazo de la manivela, la máxima velocidad se produce aproximadamente a medio recorrido, y toma por valor

VM = ð R

donde

VM : velocidad máxima del pistón

DEMOSTRACIÓN DE COMO ARREGLAR UNA MANIVELA DE CARRO

DEMOSTRACIÓN

En el siguiente video apreciaremos como arreglar una manivela de carro

DEMOSTRACIÓN DE LA REPARACIÓN DE UNA BIELA

DEMOSTRACIÓN

En el siguiente video podremos observar como cambiar los casquillos de una biela

COMO ARREGLAR UNA BIELA

FORMA DE ARREGLARLO

Existen otras soluciones más elegantes, y también más caras, para recuperar esta biela que ha perdido la rosca; como los casquillos especiales que podemos encontrar para este fin. Pero esto es una reparación en modo loco, se trata de una bici económica, donde las bielas cuestan menos que el casquillo.

Nuestro plan es hacer un taladro interior roscado  a un pedal para colocar un tornillo por la parte trasera y así poder fijarlo a la biela. El principal problema es que el eje del pedal, al llevar rodamientos, está templado, por lo que no podemos taladrarlo. Debemos primero destemplar el eje calentándolo al rojo y dejando que se enfrié lentamente. Una vez frío podemos taladrarlo sin problemas. Un nuevo problema es que parte del pedal es de plástico. Debemos desmontarlo para poder calentar sólo el eje.

DESGASTE DE LAS BIELAS

Si penetran partículas extrañas en la ranura de lubricación entre el cojinete y el muñón del árbol, existe un grave peligro de daños en el cojinete. Debido al espesor insuficiente de la película lubricante, las más pequeñas partículas pueden perturbar el funcionamiento y provocar una fricción mixta. Pueden incrustarse en la capa de deslizamiento y el revestimiento de rodadura y, con ello, pasar a ser «inofensivas». Al mismo tiempo, los bordes que sobresalen se aplanan al hacer contacto con el árbol. Las partículas cuyo tamaño y grosor sobrepasan a los de la capa de deslizamiento y el revestimiento de rodadura no pueden incrustarse por completo. La parte que sobresale origina el desgaste del muñón del árbol en forma de estrías. Las estrías muy desarrolladas reducen la durabilidad esperada y pueden favorecer el gripado del cojinete. Ya en la fabricación o el reacondicionamiento de un motor, las partículas pueden penetrar en el bloque de motor y asentarse allí. Por ejemplo, esto puede ocurrir en el caso de limpieza por chorro de arena o de vidrio de un bloque de motor. Pero también pueden «generarse» o infiltrarse partículas de suciedad durante el funcionamiento (p. ej., hollín o aceite carbonizado). Un mantenimiento insuficiente del sistema de lubricación o los agentes exteriores extremos facilitan la penetración de suciedad adicional en el circuito de lubricación. También los cojinetes adyacentes u otros componentes del motor dañados pueden introducir partículas en el circuito de aceite. Normalmente, el peligro de daños debidos a la acción de partículas es mayor en el cojinete de bancada que en el cojinete de la biela. Los cojinetes de la biela se alimentan con aceite desde los cojinetes de bancada a través de los orificios del cigüeñal, de manera que el aceite recorre en primer lugar los cojinetes de bancada (véase la fig.). Las partículas más grandes se incrustan ya en el cojinete de bancada y, en su mayor parte, no penetran hasta el cojinete de la biela.

Para obtener información acerca del origen de las partículas, puede resultar útil hacer un análisis del cojinete y tomar una muestra de aceite.

DEMOSTRACION

En este video podremos observar un poco mas sobre el funcionamiento y las partes de una biela

ENFOQUE DE BIELAS

• Las bielas conectan el cigüeñal con los pistones y de este modo transmiten la presión del gas y las fuerzas de inercia a los muñones del cigüeñal. La biela conduce el pistón en el cilindro hacia arriba y hacia abajo.
• El ojo de biela pequeño de una sola pieza en el lado del pistón sirve de alojamiento del bulón del pistón y dispone a menudo de un casquillo de cojinete de biela de bronce.
• La biela está alojada en el muñón del cigüeñal mediante semicojinetes de biela. El ojo de la cabeza de biela está dividido para el montaje en el cigüeñal. Para suministrar aceite lubricante al bulón del pistón, a menudo la biela está provista de un taladro entre el ojo de biela pequeño y el grande.
• La biela es de fundición o forjado de acero y, en función del esfuerzo, se utiliza acero aleado o bonificado.
• Las bielas deben ser sustituidas si están deformadas o rotas o si el alojamiento del cojinete de la biela está destruido. Las bielas de los motores de vehículos industriales también se pueden cambiar individualmente si las demás bielas no presentan ningún daño.

La sustitución de la biela es necesaria en caso de:

• graves daños del cojinete en el cigüeñal
• impactos de agua 
• fisuras en la correa de distribución o en la cadena de distribución
• graves daños en el pistón, p. ej. debido al sobregiro 
• combustión con sacudidas
• montaje incorrecto, p. ej., equivocación de las tapas en caso de la biela craqueada
• roturas de pistón y de la camisa de cilindro

DAÑOS EN LA BIELA

Causas del fallo con una biela

La varilla de conexión conecta los pistones al cigüeñal. Convierte el movimiento lineal de los pistones al movimiento de rotación del cigüeñal. En cada golpe, la varilla de conexión se estira y se comprime. Esta presión, además de otros factores, puede hacer que se rompa. La varilla rota puede ir a través del bloque del motor completamente, arruinando el motor, una condición conocida como "lanzar una varilla."

Fatiga

La fatiga es la principal causa de bielas rotas, especialmente en motores más antiguos. La compresión constante durante la carrera de potencia y el estiramiento durante la carrera de escape, a través de miles de veces por minuto, con el tiempo gasta el metal y se vuelve quebradizo y finalmente se rompe. Si el aceite está bajo o sucio puede acelerar este proceso. El funcionamiento del motor caliente también puede hacerlo. A veces, un motor bastante nuevo puede haber fatigado bielas si se trata de un motor reconstruido y el mecánico utiliza piezas baratas o las partes equivocadas para el motor.

Falla del pasador

El pasador que conecta la biela al pistón (llamado el pasador del pistón o bulón) recibe una gran cantidad de desgaste. Si este pasador suelta la varilla de conexión ya no está conectado al motor. Para algunos motores esto resulta en fallo catastrófico. La varilla de conexión pasa a través del bloque del motor o el cigüeñal está doblado, pero para algunos motores es sólo una dramática pérdida de energía. Si el motor se para inmediatamente después de que el pasador se rompe, puede ser posible salvarlo.

Demasiada revolución

Demasiadas revoluciones es la principal causa de fallas de las varillas de conexión de los motores nuevos y de alto rendimiento. Si el tacómetro llega al rojo, aunque brevemente, las barras de conexión se encuentran en peligro de rotura. Esto es debido a que las fuerzas que actúan sobre una barra de conexión aumentan dramáticamente a altas revoluciones. No importa si el tacómetro va en números rojos debido a que el vehículo se desplaza a una velocidad alta, es ir demasiado rápido en una velocidad baja o simplemente se va demasiado rápido debido a que el acelerador se presiona demasiado, mientras que el coche está en punto muerto. La tensión es demasiado alta a muy altas revoluciones.

Hidrobloqueo

Hydrolock es una deformación de la varilla de conexión causada cuando el agua entra en la cámara del pistón. Esto suele suceder después de que el coche ha sido conducido a través de aguas profundas, como una calle inundada. Si sólo un poco de agua entra en el cilindro, el coche hace un ruido golpeando o tocando y puede ser reparado (el agua es sacada y las juntas sustituidas), pero si suficiente agua entra en el cilindro que ocupe todo el espacio disponible en el momento de la chispa, la biela se dobla o rompe. Es mucho más común en los barcos que en los coches porque los barcos están siempre funcionando en torno al agua.

HISTORIA DEL SISTEMA BIELA-MANIVELA

HISTORIA

En 1819, este artefacto era utilizado como un medio de transporte, se utilizaba en los trenes, pero era un sistema con muchos fallos, ya que no Existía la Manivela, así que este artefacto era muy poco conocido y/o utilizado.

En 1900 ya se empezó a buscar un modelo mas moderno para la época, pero fracaso nuevamente. 
En 1990 el científico Rober Ford K. quien utilizo este artefacto para el primer carro con este dispositivo, quien lo hizo muy bien, y funciono a la perfección

Se desconoce el creador, pero se da origen en Egipto, eso el lo único se desconoce, hasta la fecha reciente. 

CARACTERISTICAS

CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA BIELA-MANIVELA

Carrera=2 veces el radio de la manivela

• La longitud del brazo de la manivela determina el movimiento del pie de la biela (carrera), por tanto, hemos de diseñar la manivela con longitud mucho más corta que la biela
• Para que el sistema funcione adecuadamente se se deben emplear bielas cuya longitud sea, al menos, 4 veces el radio de giro de la manivela a la que está acoplada
• Cuando tenemos que transformar movimiento giratorio en alternativo, el eje de la manivela es el elemento motriz y el pie de biela se conecta al elemento resistente (potencia útil). Esto hace que la fuerza aplicada al eje se reduzca en proporción inversa a la longitud de la manivela, por lo que cuanto mayor sea la manivela menor será la fuerza que aparece en su empuñadura y consecuentemente en el pie de la biela
• Las cabezas de las bielas deben de estar centradas en la empuñadura sobre la que giran, por lo que puede ser necesario aumentar su anchura (colocación de un casquillo).

ELEMENTOS DEL SISTEMA BIELA-MANIVELA

ELEMENTOS DEL SISTEMA

• Biela: es un elemento rígido y largo que permite la unión articulada entre la manivela y el émbolo. Está formada por la cabeza, la caña o cuerpo y el pie. La forma y la sección de la biela pueden ser muy variadas, pero debe poder resistir los esfuerzos de trabajo, por eso es hecha de aceros especiales o aleaciones de aluminio.
• Manivela: es una palanca con un punto al eje de rotación y la otra en la cabeza de la biela. Cuando la biela se mueve alternativamente, adelante y atrás, se consigue hacer girar la manivela gracias al movimiento general de la biela. Y al revés, cuando gira la manivela, se consigue mover alternativamente adelante y atrás la biela y el émbolo.

FUNCIONAMIENTO

funcionamiento

Cuando el pistón se encuentra comprimiendo la mezcla 10° antes para llegar al punto muerto superior (PMS) la chispa se activa, provocando que la mezcla comience quemarse y cuando llegue al PMS esta fuerza explosiva que se está liberando se comprime. Debido a las fuerzas inerciales el mecanismo sigue avanzando, al encontrarse a 10° después del PMS es cuando se libera toda la fuerza.

DEMOSTRACION

EXPOSICION

MATERIAL

MATERIAL QUE LA CONFORMA

Su sección transversal o perfil puede tener forma de H, I o + . El material del que se fabrican es de una aleación de acero, titanio o aluminio. En la industria automotor todas se fabrican por forja, pero algunos fabricantes de piezas las hacen mediante mecanizado.