Análisis de potencia y energía en mecanismos y máquinas

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ETAPA 3. 
Análisis de potencia y energía en mecanismos y máquinas
Cualquier maquina es medida por la eficiencia con la que realiza un trabajo. Con base al análisis realizado a las máquinas seleccionadas, deberemos estimar la eficiencia de éstas.
Para poder calcular el trabajo y la potencia en una palanca de dos etapas siendo una palanca de tercer grado, sabremos que la potencia de esta será mayor a la resistencia, es decir que necesitaremos una fuerza N la cual pasara por la resistencia no para levantar algo si no para ejercer presión y cortar la superficie.
Sin embargo, al ser una palanca esta no tiene potencia, únicamente se genera una fuerza N para cortar la superficie.
Para dar un análisis encontraremos los datos con un valor aproximado al real, tenemos que la palanca superior tiene una longitud de 4cm y la longitud entre el punto de resistencia y la palanca es de 0.5cm
D2: 4cm
D1: 0.5cm
Resistencia
0.5cm	4.5cm
Supongamos que queremos cortar una superficie en este caso una uña y para poderla cortar y cerrar las cuchillas se requiere de una fuerza de 15N, entonces ¿Cuanta fuerza requerimos en la palanca superior para poder cerrar la palanca inferior?
Sabemos que, sin el mecanismo de palanca, se nos dificultaría cortar algo que requiera 15N, por lo que utilizaremos la siguiente ecuación:
R 1B 1R 2B 2
Para la resolución de la ecuación, se convirtieron las distancias de centímetros a metros.
Datos:
D1= 0.5cm D2= 4.5cm R2= 10N
B1 = D1= 0.5 cm B2= D1 + D2 = 5cm R1= X
R 1B 1R 2B 2
X0.005 m10 N0.005 m 0.045 m x0.00510 N0.05
x0.0050.5 x0.5  0.005
x100 N
En conclusión, a este problema, una palanca de tercer grado la potencia utilizada siempre va a ser mayor que la resistencia para poder cortar la superficie sin mayor esfuerzo, sin embargo el problema nos arroja un resultado negativo pues necesitaríamos 100N para cortar esa superficie pero para eso sirve el mecanismo para ahorrarnos los 100N gracias a la distancia entre el mango y la resistencia.
ETAPA 1
IDENTIFICACIÓN DE MECANISMOS Y MÁQUINAS EN EL ENTORNO COTIDIANO
EL FRENO DE TAMBOR:
La disminución de velocidad se consigue cuando una o dos zapatas, fabricadas con material de fricción entran en unión con un tambor de frenada que gira al mismo tiempo que el elemento que se desea frenar.
Este tipo de freno consta de un tambor, por lo general formado en hierro fundido, solidario al cubo de la rueda, en cuyo interior, al pisar los frenos, se expanden unas zapatas de fricción en forma de "C" que presionan contra la superficie interna del tambor. Ya no se utilizan en el tren delantero de los coches modernos, que es el que soporta el mayor esfuerzo en la frenada, porque presentan pérdidas a la hora de disipar el calor, y porque al ser más pesados que los frenos de disco pueden producir efectos negativos en la dirección del vehículo. Sí se utilizan con frecuencia en el eje posterior de muchos vehículos, combinados con discos delanteros.
Tipos de Magnitudes:
· N/m si consideramos una constante de elasticidad en los resortes internos.
Por otro lado, tendremos que considerar la fricción que tendrán las pastas con el tambor, involucrando magnitudes de fuerza de fricción (newtons), la superficie que hará contacto durante la fuerza de frenado
Tipos de Movimientos:
· Movimiento Rectilíneo si consideramos que el automóvil reducirá su velocidad al aplicar el freno. (m2) y por último el peso total del vehículo para el cuál usaremos una magnitud de masa en unidades de kilogramo.
· Movimiento Circular si consideramos que el tambor reducirá su velocidad al en RPM o Rad/S del tambor.
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· ETAPA 2. 
Elaboración de diagramas de cuerpo libre que representen la fuerza de cada uno de los mecanismos seleccionados.
· Las máquinas y mecanismos que se localizan en nuestro entorno también están sometidas a interacciones físicas, es por esto que ambos deberán ser analizados a partir de las leyes y principios físicos involucrados.
· Movimiento de Transmisión Lineal dada por la fuerza aplicada por el pie de apoyo del conductor para accionar el sistema de frenado.
· La fuerza se aplica en el pedal de accionamiento de freno del vehículo, donde se recorre de 30° hasta los 60 ° dependientes de la intensidad de la fuerza aplicada al momento del accionar. El punto de apoyo y el eje de giro se comprenden en el punto de apoyo “A” el cual recibirá una fuerza de tensión en F1 y una fuerza de reacción en F2.
· A
A
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· Condición de operación
· El pedal de freno sirve para multiplicar la fuerza ejercida por el pie del conductor. De la estática elemental podemos comprobar como el incremento de la fuerza será igual a la fuerza aplicada por el conductor multiplicado por la relación del pedal de freno como se muestra en la siguiente imagen:
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· ETAPA 3. 
· Análisis de potencia y energía en mecanismos y máquinas
El frenado figura entre las actividades más frecuentes al conducir un automóvil. Debido a esto, los componentes de una instalación de frenos deben poder convertir de manera óptima, la fuerza ejercida por el conductor con su pie sobre el pedal de freno. La eficacia de un sistema de frenos hidráulicos depende del adecuado cálculo y dimensionado de los distintos componentes del sistema, en relación con las características de peso y velocidad del vehículo.
Para este análisis a continuación en la siguiente imagen podremos ver el sistema donde de denotan Fp la cual corresponde a la fuerza aplicada por el conductor al realizar la función de frenado, Fa la fuerza resultante en la cual será aplicada al pistón del sistema hidráulico, L1 distancia que se tiene del cilindro principal al punto de soporte, L2 longitud del cilindro al pedal.
Supongamos que vamos a realizar el frenado de un vehículo en circulación para lo cual utilizaremos nuestro pie derecho, el cual ejerce una fuerza de presión de 7 Kg, donde el Angulo(α) es igual a 42°, L1 = 12 cm y L2 = 18 cm. ¿Cuál seria la fuerza resultante F0 recibida en el pistón principal de frenado?
Para la resolución de la ecuación, se deberán convertir los Kg a Newton.
f 084.96 N
18
0
f 68.6 Ncos 421218
L1
1	2
α L  L
cos
0	p
f f 
Datos:
F0= ¿?
Fp= 7 kg o 68.6 N
α = 42°
L1 = 12 cm L2= 18 cm
La fuerza resultante del pedal de freno F0= 84.96 N deberá ser suficiente para frenar vehículos pequeños
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
· Nisensei (Productor) (1 de febrero de 2019). UD5 2 A Maquinas simples [Archivo de video]. Recuperado de https://youtu.be/CW3d7O_wJt8
· https://www.autofacil.es/accesorios/2015/03/30/funciona-freno-tambor/24254.html
· Young, Hugh D. Y Roger A. Freedman, Física universitaria volumen 1. Decimosegunda edición, PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009
· Mate móvil (Productor). (28 de junio de 2015). Potencia Mecánica. Ejercicios resueltos - Intro y explicación [Archivo de video]. Recuperado de https://youtu.be/8Gz6WzMXIck
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