5.4 Embragues Y Frenos De Particulas Magnetica, Corrientes Parasitas Y De Histeresis

5.1 FRENOS DE TAMBOR ........................................................................................................................... 2 TAMBOR .............................................................................................................................................................................. 2 PLATO DE FRENO
............................................................................................................................................................ 3 FRENO DE TAMBOR SIMPLEX ........................................................................................................................................... 4 FRENO DE TAMBOR DUPLEX
......................................................................................................................................... 5 FRENO DE TAMBOR DUO-SERVO
.................................................................................................................................. 6 FRENOS DE CINTA........................................................................................................................................ 7 5.2 FRENOS Y EMBRAGUES DE DISCO ................................................................................................... 8 FRENO DE DISCO: ............................................................................................................................................................... 8 EMBRAGUE DE DISCOS ...................................................................................................................................................... 9 EMBRAGUES CONICOS............................................................................................................................. 10 5.3 EMBRAGUE CENTRIFUGO ............................................................................................................... 11 MATERIALES UTILIZADOS ..................................................................................................................... 12 PROBLEMAS RESUELTOS ....................................................................................................................... 14

5.4 EMBRAGUES Y FRENOS DE PARTICULAS MAGNETICA, CORRIENTES PARASITAS Y DE HISTERESIS 5.5 CONVERTIDOR DE PAR 5.6 Materiales de fricción 5.7 CONSIDERACIONES DE ENERGIA, FICCION Y TEMPERATURA BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................... 22

FRENOS DE TAMBOR Este tipo de freno está constituido por un tambor, que es el elemento móvil, montado sobre el buje de la rueda por medio de unos tornillos o espárragos y tuercas, del cual recibe movimiento, y un plato de freno, elemento fijo sujeto al puente o la mangueta. En este plato van instalados los elementos de fricción, llamados ferodos, y los mecanismos de accionamiento para el desplazamiento de las zapatas.

Tambor 
 El tambor es la pieza que constituye la parte giratoria del freno y que recibe la casi totalidad del calor desarrollado en el frenado.
 Se fabrica en fundición gris perlitica con grafito esferoidal, material que se ha impuesto por su elevada resistencia al desgaste y menor costo de fabricación y que absorbe bien el calor producido por el rozamiento en el frenado. Cabe destacar también, para ciertas aplicaciones, las fundiciones aleadas, de gran dureza y capaces de soportar cargas térmicas muy elevadas.

El tambor va torneado interior y exteriormente para obtener un equilibrado dinámico del mismo, con un mecanizado fino en su zona interior o de fricción para facilitar el acoplamiento con los ferodos sin que se produzcan agarrotamientos. En la zona central lleva practicados unos taladros donde se acoplan los espárragos de sujeción a la rueda y otros orificios que sirven de guía para el centrado de la rueda al buje.
 El diámetro de los tambores, según las características del vehículo, esta normalizado según la norma UNE 26 019.

Plato de freno
 El plato de freno esta constituido por un plato portafrenos o soporte de chapa embutida y troquelada, sobre el que se monta el bombín o bombines de accionamiento hidráulico y las zapatas de freno y demás elementos de fijación y regulación.
 Las zapatas se unen por un extremo al bombín y por el otro a un soporte fijo o regulable; a su vez, se mantienen unidas al plato por medio de un sistema elástico de pasador y muelle, que permite un desplazamiento de aproximación al tambor y las mantiene fijas en su desplazamiento axial. El muelle, que une las dos zapatas, permite el retroceso de las mismas a su posición de reposo cuando cesa la fuerza de desplazamiento efectuada por el bombín.

Tipos de freno de tambor
 Según la forma de acoplamiento de las zapatas al tambor para ejercer el frenado, los frenos de tambor se clasifican en los siguiente tipos:

Freno de tambor Simplex 
 En este tipo de freno las zapatas van montadas en el plato, fijas por un lado al soporte de articulación y accionadas por medio de un solo bombín de doble pistón. Este tipo de frenos de tambor es de los mas utilizados sobre todo en las ruedas traseras.

Con esta disposición, durante el frenado, una de las zapatas llamada primaria se apoya sobre el tambor en contra del giro del mismo y efectúa una fuerte presión sobre la superficie del tambor. La otra zapata, llamada zapata secundaria, que apoya a favor del giro de la rueda, tiende a ser rechazada por efecto del giro del tambor, lo que hace que la presión de frenado en esta zapata sea inferior a la primaria.

Invirtiendo el sentido de giro, se produce el fenómeno contrario: la zapata primaria se convierte en secundaria y la secundaria en primaria.

Este tipo de freno de tambor se caracteriza por no ser el mas eficaz a la hora de frenar, debido a que las zapatas no apoyan en toda su superficie sobre el tambor, pero destaca por su estabilidad en el coeficiente de rozamiento, es decir, la temperatura que alcanza los frenos en su funcionamiento le afectan menos que a los otros frenos de tambor.

Freno de tambor Duplex
 En este freno, y con el fin de obtener una mayor fuerza de frenado, se disponen las zapatas en forma que ambas resulten primarias. Para ello se acopla un doble bombín de pistón único e independiente para cada zapata, los cuales reparten por igual las presiones en ambos lados del tambor.
 Estos frenos provistos de bastidores con efecto unilateral son muy eficaces pero sensibles a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Presentan la ventaja de que, con su empleo, no se ponen de manifiesto reacciones sobre los rodamientos del buje.

Freno de tambor Twinplex
 Este tipo de freno de tambor es muy similar al Duplex salvo que los puntos de apoyo de las zapatas en vez de ir fijos se montan flotantes. En este freno las dos zapatas son secundarias, pero por un sistema de articulaciones, trabajando en posición flotante, se acoplan al tambor en toda su superficie, evitando el acuñamiento y ejerciendo una presión uniforme sobre el tambor. En un sentido de giro las dos zapatas actuarían como zapatas primarias y en el otro sentido como zapatas secundarias.

Freno de tambor Duo-servo
 Está constituido por dos zapatas primarias en serie, con lo cual se aumenta el efecto de autobloqueo. En este freno, una zapata empuja a la otra mediante una biela de acoplamiento. Es un freno altamente eficaz, pero muy sensible a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Se consiguen esfuerzos mas elevados de frenado y las zapatas ejercen en cada sentido de giro igual esfuerzo. Este tipo de freno se emplea mucho en frenos americanos.

FRENOS DE CINTA La forma exterior del árbol es similar a la de un tambor de freno. Como elemento de freno, una cinta de acero abraza estrechamente ese tambor de freno, el cual se mueve libremente en estado inactivo.La cinta de freno se apoya en un extremo contra la caja del cambio.Al tener lugar la activación hidráulica, en el otro extremo actúa la fuerza del émbolo y frena el tambor hasta la parada.Una desventaja del freno de cinta es que sobre la caja del cambio actúan grandes fuerzas radiales.

FRENOS Y EMBRAGUES DE DISCO Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de elementos de máquinas, es común ver estos dispositivos en cualquier tipo de automóviles. Son también componentes fundamentales en máquinas-herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc.

Definiciones: Freno: Un freno es un dispositivo que se usa para llevar al reposo un sistema en movimiento, para bajar su velocidad o para controlar su velocidad hasta un cierto valor en condiciones cambiantes.

Embrague: Son acoplamientos temporales, utilizados para solidarizar dos piezas que se encuentran en ejes coaxiales, para transmitir a una de ellas el movimiento de rotación de la otra a voluntad.

Freno de disco: Los frenos de disco no tienen una aplicación tan universal como los de zapata y de banda. Su principal campo de aplicación es en frenos de automóviles.
 Este tipo de frenos necesita una mayor fuerza de accionamiento para obtener la misma fuerza de frenado, comparada con los otros tipos de frenos, por esta razón es muy poco utilizado en la industria.

Ventajas: -

Cuando el disco se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando la presión contra las pastillas. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y el polvo por acción centrífuga. Disipan más calor que los de tambor, pues los discos pueden ser ventilados.

Desventajas: -

No poseen la acción autoenergizante.

-

Las pastillas son más pequeñas y se desgastan más rápido que las de los frenos de tambor.

Embrague de discos Cada marcha posee un elemento del cambio, como mínimo, el cual establece el flujo de fuerza mediante fricción.Se utilizan embragues de discos para establecer el flujo de fuerza del eje de turbina al tren epicicloidal.Poseen discos interiores y exteriores, ambos unidos con piezas rotatorias. Están encajados unos con otros. Sin accionamiento, hay entre ellos un intersticio y están llenos de aceite, de modo que puedan girar libremente. El conjunto de discos es comprimido por un émbolo hidráulico, que gira simultáneamente junto con su llenado de aceite, el cual actúa por detrás sobre el émbolo. Por ello, la alimentación de aceite se efectúa mediante un árbol hueco. Al desembragar, se descarga el embrague de discos mediante resortes (muelles de compresión, también muelles de platillo).Unas válvulas de bola (en parte en el émbolo, y en parte en el portadiscos) se encargan de que, sin accionamiento, se elimine rápidamente la presión y pueda salir el aceite.Los portadiscos, tanto en el elemento interior como en el exterior, alojan los discos mediante salientes, resultando una unión en arrastre de forma.

        

Los discos exteriores son de acero. Los discos interiores son de plástico altamente resistente. Cumplen al mismo tiempo la función del forro de fricción. La armazón de apoyo es de celulosa. La resistencia a temperaturas elevadas se consigue mediante un aditamento de fibras de aramida (material plástico de alta resistencia). A fin de influir sobre el valor de fricción se añaden minerales para unir la resistencia fenólica. El número de discos varía mucho según la ejecución del cambio. El juego entre los discos es de importancia para el funcionamiento del acoplamiento automático de las marchas y está predeterminado en el diseño. Se ajusta por separado al efectuar el montaje.

EMBRAGUES CONICOS Un embrague cónico debe su eficiencia a la acción de la cuna ̃ de la parte cónica en la parte receptora. El embrague cónico consiste en un platillo montado con cuña o par unión ranurada, en uno de los ejes; un cono que debe- deslizarse axialmente sobre ranuras o chavetas en el eje compañero y un resorte helicoidal que mantiene la conexión del embrague. El ángulo de cono así como el diámetro y el ancho de cara del mismo, son los parámetros geométricos importantes del diseño. Si el ángulo es demasiado pequeno ̃ por ejemplo menor de 8º la fuerza necesaria para abrir el embrague puede ser bastante grande y el efecto de cufia o acufia ́ miento disminuye rápida mente, cuando se usan ángulos de cono mayores. Dependiendo de las caracteriś ticas del material de fricción, puede lograrse un buen resultado de un embrague utilizando valores entre 10° y 15º

Embrague cónico. Para hallar una relación entre la fuerza de trabajo P y el momento de rotación trasmitido, se designan las dimensiones del cono como se indica en la figura anterior. Como en el caso de embrague axial, es posible obtener un conjunto de relaciones para una hipótesis de desgaste uniforme y otro para presión uniforme.

EMBRAGUE CENTRIFUGO Es usado generalmente en los ciclomotores , consiste en un rotor que va unido al cigüeñal el cual gira junto con el, mientras va dentro de una campana la cual no tiene movimiento, que por medio de una serie de engranajes transmite el movimiento a la rueda. Este rotor cuenta con unas pastillas unidas por resortes que se expanden al haber movimiento , adhiriéndose a la campana y de esta forma se transmite la potencia a la rueda. Al dejar de acelerar, estas pastillas vuelven a su posición original despegándose de la campana.

MATERIALES UTILIZADOS Las propiedades de un material de fricción para freno o embrague deben ser las siguientes:    

Coeficiente de fricción alto y uniforme. Propiedades poco dependientes de condiciones externas (p.ej. Humedad). Buena conductividad térmica y capacidad de resistir altas temperaturas. Alta resistencia al desgaste, rayado y raspadura. Algunos materiales de base de asbesto, son utilizados- generalmente por su alta resistencia a las altas temperaturas. - Los valores tip ́ icos de factores de operación y algunos materia— les de fricción así como sus caracteriś ticas, son expuestos en - la tabla 8.1. Las presiones de diseño en los platos secos de 10^ K/m2 y el coeficiente de fricción está situado probablemente entre 0.25 y 0.30

Los resortes aue mantienen unidos a los platos, deben- ejercer una presión mayor que la permisible, porque deben vencer la fricción en la cuña* Los forros de los embragues son afectados por la temp¿ rotura. Cuando ésta alcanza lim ́ ites excesivos, el coeficiente de fricción puede elevarse o caer rápidamente dependiendo del mate- rial; dando como resultado una deficiencia en el control» Las ~ temperaturas excesivamente altas, pueden también dana ̃ r el mate- rial y destruir su resistencia mecánica. Al seleccionar un coeficiente de fricción para diseñó- se deben usar valores de sólo la mitad a los tres cuartos de los indicados* Ssto proporcionará un margen de seguridad contra desgaste, suciedad y otras condiciones desfavorables* Algunos materiales se pueden trabajar en condiciones - no secas, pues se pueden sumergir en aceite, o bien rociarlos* - Esto reduoe algo el rozamiento, pero elimina más el calor y per- mite el uso de presiones más altas«

PROBLEMAS RESUELTOS

1.Un automóvil, cuya masa es 1 500 Kg, se mueve a 144 km/h. Se le aplican los frenos y, cuando ha recorrido 80 m, su velocidad es de 21,6 km/h. Hallar: a) La fuerza de ejercida por los frenos. b) El tiempo durante el que actúan.

SOLUCIÓN La aceleración se puede calcular a partir de la expresión:

Pero antes de aplicar la ecuación debemos expresar la velocidad en unidades SI para que el problema sea coherente:

Despejando y sustituyendo en la ecuación:

La fuerza de frenado será:

Para determinar el tiempo durante el que actúa empleamos la expresión:

2.-

Considérense los forros de un embrague Sea r el radio interior del forro y R el radio exterior. Sea p la presión ejercida sobre el disco por los muelles que por ser a través del plato opresor (se puede suponer constante en toda la superficie del forro). En una corona circular diferencial la fuerza que actúa:

Siendo μ el coeficiente de rozamiento forrovolante, la fuerza de rozamiento originada por dF es:

Como el disco de embrague actúa sobre el volante por una cara y sobre la campana a través del plato opresor:

Ecuación que determina la fuerza que tienen que ejercer los muelles sobre el plato opresor para transmitir con un embrague de dimensiones r, R, un par motor M. En tractores el par motor de cálculo se cuantifica 2-3 .M.Y para un embrague de amianto p debe ser de 5 a 7 Kg/cm2.

3.Calcule el torque que debe transmitir un embrague para acelerar la polea de la figura del estado de reposo hasta 550 rpm en 2.50 segundos. Siendo la polea de acero para banda plana.

SOLUCIÓN Es posible considerar que la polea consta de tres componentes cada uno de los cuales es un disco hueco. para la polea total es la suma de de cada componente. Parte 1 〖Wk〗^2=((〖10.0〗^4-〖9.0〗^4 〖Wk〗^2=63.70 lb.pie^2 )×6.0)/323.9 lb.pie^2

Parte 2 〖Wk〗^2=((〖9.0〗^4-〖3.0〗^4 )×0.75)/323.9 lb.pie^2 〖Wk〗^2=15.00 lb.pie^2

Parte 3 〖Wk〗^2=((〖3.0〗^4-〖1.5〗^4 )×4.0)/323.9 lb.pie^2 〖Wk〗^2=0.94 lb.pie^2

Sumatoria 〖Wk〗^2 total=36.70+15.00+0.94 lb.pie^2

〖Wk〗^2=79.64 lb.pie^2

Calculando el torque T: T= (Wk^2 (∆n))/308t lb.pie

T= 79.64(550)/(308×2.5) lb.pie

T=56.9lb.pie

En resumen, si un embrague que es capaz de ejercer cuando menos 56.9 lb-pie de torque se enlaza con una flecha que soporta la polea que se muestra en la figura, la polea podría acelerarse a partir del estado de reposo hasta 550 rpm, en 2.50 segundos o menos.

4.-

Calcule la fuerza axial que requiere un freno de cono si tiene que ejercer un torque de frenado de 50 lb.pie El radio medio del cono es 5.0 pulg. Utilice f= 0.25 pulg. Haga la prueba con ángulos de cono de 10º, 12º y 15º. Solución: Se puede despejar la ecuación 19 para la fuerza axial Fa

F_a=(T_f×(sen∝+fcos∝))/(f×R_m )=(50×(sen∝+0.25cos∝))/(0.25×5.0/12)=480×(sen∝+0.25cos∝ ) Así valores de Fa como una función del ángulo de cono son: Para:

∝=10º

Para:

∝=12º

Para:

∝=15º

F_a=202 lb F_a=217 lb F_a=240 lb

los

5.La figura muestra un freno de tambor interno que tiene un diámetro en el interior de 12 in y un radio R = 5 in. Las zapatas tienen un ancho de cara de 1 ½ in y son accionados por una fuerza de 500 libras. El coeficiente de fricción es de 0,28. A. Determinar la presión máxima e indicar la zapata en el que ocurre. B. Calcular el par de frenado efectuada por cada uno de las zapatas, y encontrar el par de torsión total de frenado.

A. θ_1=0°, θ_2=120°, θ_a=90°, sen θ_a=1, a=5 in

Momento de la fuerza de fricción: M_f= (μp_max br)/(senθ_a ) ∫_(θ_1)^(θ_2)▒(r-acosθ)senθdθ M_f=17.96p_max lbf.in M_f= (0.28p_max (1.5)(6))/1 ∫_(0°)^(120°)▒(6-5cosθ)senθdθ

Momento de la fuerza normal: M_N= (p_max bra)/(senθ_a ) ∫_(θ_1)^(θ_2)▒〖〖senθ〗^2 dθ〗 M_N=56.87p_max lbf.in M_N= (p_max (1.5)(6)(5))/1 ∫_(0°)^(120°)▒〖〖senθ〗^2 dθ〗

Calculo de c: c=2asenθ=2×5×sen60=8.66 in

La fuerza de accionamiento para zapatas des-energizante: F=(M_N+M_f)/c

p_max=57.86 psi 500=(56.87p_max+17.96p_max)/8.66

La fuerza de accionamiento para zapatas auto-energizante: F=(M_N-M_f)/c p_max=111.28 psi

500=(56.87p_max-17.96p_max)/8.66

La presión máxima autoenergizante

p_max=111.28 psi

se produce en la zapata de la derecha que es

B. Par de torsión de frenado para zapata autoenergizante: T_s=(μp_max br^2 (cosθ_1-cosθ_2))/(senθ_a ) T_s=2530 lbf.in T_s=(0.28×111.4×1.5×6^2 (cos0°-cos120°))/1

Par de torsión de frenado para zapata desenergizante: T_d=(μp_max br^2 (cosθ_1-cosθ_2))/(senθ_a )

T_d=1310 lbf.in

T_d=(0.28×57.9×1.5×6^2 (cos0°-cos120°))/1

El par de torsión de frenado total de las dos zapatas, es: T_total=2530+1310

T_total=3840 lbf.in

5.4 EMBRAGUES Y FRENOS DE PARTICULAS MAGNETICA, CORRIENTES PARASITAS Y DE HISTERESIS. EMBRAGUES Y FRENOS DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

Los frenos y embragues a base de partículas magnéticas tienen separado el elemento motriz del conducido y en el hueco que se forma por esta separación se coloca polvo con partículas que forman cadenas ante la presencia de un campo magnético. Estas cadenas unen los dos lados permitiendo la transmisión de un par. La transmisión, entonces, no se da en base a la atracción o repulsión entre campos magnéticos, sino en base a la fuerza que une a estas cadenas entre sí y con las superficies tanto del lado motriz y como del lado conducido.

El par máximo que pueden transmitir sin deslizamiento se regula mediante la corriente que pasa por el embobinado que genera el campo magnético. Una vez que se alcanza el par máximo, se produce deslizamiento a par constante. Excepto a velocidades muy bajas, el par de deslizamiento es independiente de la velocidad de giro o de la de deslizamiento. Esta característica los hace atractivos para aplicaciones de par controlado como roscado de tornillos o tapones, control de tensión o bancos de prueba para motores.

El par generalmente varía en forma prácticamente lineal con respecto a la corriente, excepto en la proximidad de los extremos de corriente mínima y máxima. Aunque esta característica permite un manejo a lazo abierto, es común que en estos frenos y embragues se dé el fenómeno de histéresis en que además de la corriente, el par de deslizamiento depende del camino que siguió la corriente para llegar a un nivel en particular. La curva par vs corriente sigue un camino cuando se va incrementando desde cero y sigue uno distinto, generalmente a par mayor, cuando disminuye desde su valor máximo. Esto significa que no hay una relación única entre el par y la corriente que se suministra a la bobina del electroimán, de manera que las aplicaciones de precisión o en las que hay cambios en el par de deslizamiento pueden requerir de sistemas con retroalimentación (a lazo cerrado). Debido a que la resistencia eléctrica de la bobina depende de su temperatura, la mayoría de los fabricantes recomiendan y ofrecen controles basados en la corriente en lugar del voltaje.

Ps: Potencia perdida en forma de calor por el deslizamiento (W) Ns: Velocidad de deslizamiento (diferencia de velocidades entre los dos elementos, rpm) Tt: Par transmitido en deslizamiento (Nm) De la misma manera en que sucede con cualquier freno o embrague, el deslizamiento genera calor, Ps, de acuerdo a la ecuación anterior, por lo tanto, el freno o embrague seleccionado para una aplicación en particular, debe tener suficiente capacidad para disipar este calor en las condiciones específicas de operación. Los datos de disipación de calor que se publican en los catálogos se refieren a condiciones específicas de velocidad de giro, temperatura ambiente y voltaje aplicado. De manera que si las condiciones de trabajo quedan fuera de estos supuestos, es necesario consultar con el fabricante para garantizar que la selección será adecuada para la aplicación propuesta.

Aunque no hay contacto directo entre el elemento motriz y el conducido, las partículas magnéticas sufren deterioro por el uso y es necesario reemplazarlas esporádicamente. Un punto que puede ser importante para aplicaciones que requieren mucha limpieza es el riesgo de fugas de las partículas magnéticas. Sin embargo el desgaste y las fugas normalmente son considerablemente menores que en los frenos o embragues a base de fricción.

Esta representación esquemática muestra el diseño básico con eje hueco en el rotor interno, el elemento exterior de transmisión será el alojamiento para la bobina de inducción con la que se genera campo magnético. Cuando se trata de un freno, el alojamiento queda fijo a la estructura de la maquina mediante una base o una brida. En los embragues se usan contactos eléctricos deslizantes para permitir el giro del elemento exterior. En esta construcción, el eje puede ser hueco o sólido.

Entre las opciones para aumentar la capacidad de disipación de calor que se encuentran en el mercado, están las aletas, como las que muestra esta ilustración, o la circulación forzada de aire mediante ventiladores.

Ésta es una representación esquemática de un embrague con campo magnético estático montado sobre rodamientos. El alojamiento de la bobina es estático y permite que la conexión eléctrica sea mediante terminales para cables. Freno y embrague de histéresis.

Descripción Los frenos de histéresis EIDE tipo FHY proporcionan un par de freno muy suave con una alta sensibilidad de ajuste e independiente de la velocidad. El par de frenado se produce sin ningún contacto físico de las partes del freno por lo que no hay desgastes ni reglaje alguno lo que repercute en una mayor vida, excelente estabilidad con un alto grado de repetividad y un funcionamiento completamente silencioso. El efecto de histéresis es generado por dos componentes básicos, el inductor y el aro de histéresis. El inductor envuelve el aro de histéresis y al aplicar tensión al freno se crean los polos magnéticos que atraviesan el aro produciéndose el frenado.

Aplicaciones La aplicación principal de los frenos FHY es aquella en que sea necesario un control completo del par de frenado, como por ejemplo en procesos de bobinado y desbobinado de la industria textil, papelera, artes gráficas, etc. Este control se efectúa variando la tensión aplicada al freno que es proporcional al par de frenado.

EMBRAGUES Y FRENOS DE CORRIENTES PARÁSITAS INTRODUCCIÓN:

Esta serie de artículos tratará sobre frenos y embragues a base de corrientes parásitas, histéresis magnética, partículas magnéticas y regenerativos. Todos ellos dependen de campos eléctricos o magnéticos sin que haya contacto directo entra el elemento motriz y el elemento conducido. Por sus características de construcción y de operación, cada una de estas tecnologías ofrece ventajas en diversas aplicaciones. 1.- CORRIENTES PARÁSITAS.

Una manera de generar un potencial eléctrico consiste en hacer pasar un alambre de material conductor de electricidad a través de un campo magnético. Si en lugar de un alambre en que la corriente fluye en el sentido longitudinal del alambre, se tiene una placa en que la corriente eléctrica puede fluir libremente buscando el camino de menor resistencia, la corriente eléctrica tenderá a formar remolinos encontrados que llamamos corrientes parásitas. A su vez, estas corrientes parásitas crean sus propios campos magnéticos que interactúan con el campo magnético que las genera. La interacción entre estos campos magnéticos produce fuerzas que se oponen al movimiento de la placa. Si la placa es de material ferro-magnético habrá, además, una fuerza de atracción entre el campo magnético y la placa, fuerza que estará presente aunque no haya movimiento entre las partes y que tendrá efectos secundarios en la fuerza de frenado. FRENOS Si la placa es de material no-magnético, como cobre o aluminio, la fuerza de frenado depende de la conductividad de los materiales empleados, de la configuración del freno, de la velocidad de deslizamiento y de la intensidad del campo magnético. Una consecuencia que se hace evidentemente de inmediato, es que no hay fuerza de frenado cuando la máquina está parada y por lo tanto, si la máquina requiere de esta función, será necesario tener un segundo freno. Otra consecuencia es que la fuerza de frenado aumenta con la velocidad, haciendo a estos frenos particularmente atractivos en aplicaciones en la que se requiere poner límite a la velocidad. FRENOS GIRATORIOS

Para un freno giratorio hecho de materiales no magnéticos y con una configuración geométrica en particular, el par de frenado depende de la velocidad de giro y de la intensidad del campo magnético. Si el campo magnético proviene de un imán permanente, el par de frenado depende únicamente de la velocidad de giro, pero si el campo magnético proviene de un electroimán, su intensidad se puede controlar en base a la corriente que se hace pasar por la inducción que genera el campo magnético. Al igual que sucede con otros embragues y acoplamientos, el par se salida tiene que ser igual al par de entrada. Si a esto agregamos el requerimiento de que haya una diferencia entre la velocidad de entrada y la de salida, tenemos una pérdida de energía que se refleja en un aumento en la temperatura de los componentes, de manera que en aplicaciones de frenado continuo, como en control de tensión, la potencia que puede soportar continuamente un freno de corrientes parásitas está limitada por su capacidad para disipar el calor generado en operación. El calor se genera a razón de:

Ps: Potencia perdida por el deslizamiento (W) Ns: Velocidad de deslizamiento (rpm) Tt: Par de frenado (Nm)

Esta gráfica muestra curvas típicas par-velocidad para diferentes niveles de corriente eléctrica en el electroimán de un freno a base de corrientes parásitas. Pm representa la potencia máxima que puede disipar en condiciones ambientales específicas (temperatura, humedad, densidad y velocidad del aire) para mantener la temperatura dentro de un límite aceptable. La zona de operación continua del freno es lo que queda del lado izquierdo y debajo de la curva Pm, que puede desplazarse a la derecha si se incluyen sistemas ventilación forzada o enfriamiento por agua. FRENOS PARA MOVIMIENTO LINEAL

Los ferrocarriles y juegos mecánicos están entre las aplicaciones que mejor se adaptan a esta tecnología. Montando electroimanes en el chasís de los vagones y usando los rieles como placas conductoras de electricidad, en el caso del ferrocarril, o colocando un campo magnético estático y una placa conductora en los vagones de un juego mecánico, se obtiene un freno de movimiento lineal que ofrece varias ventajas sobre los frenos de fricción aplicados en las ruedas:

· No tienen partes que se desgastan por el uso. · No dependen del coeficiente de fricción, que se ve afectado por el medio ambiente. · La fuerza de frenado es fácil de controlar. · Ofrecen mayor fuerza de frenado a altas velocidades. · No rechinan. · Ofrecen mejor control de velocidad en las bajadas prolongadas. · Tienen una mejor disipación de calor, especialmente en bajadas prolongadas.

EMBRAGUES

Cuando se trata de un embrague, la gráfica se invierte porque la condición estática se da cuando ambas partes giran a la misma velocidad, la del motor. Esto significa que solamente se puede transmitir un par si el lado conducido gira a menor velocidad que el motriz (aunque también podría actuar como freno si la carga tratara de girar a mayor velocidad que el motor). En el mercado pueden encontrarse accionamientos de velocidad variable que consisten en un conjunto de motor de corriente alterna que gira a velocidad constante con un embrague de corrientes parásitas cuya velocidad de salida se controla en base la intensidad de la corriente directa que pasa por el embrague. Es común que estos embragues tengan capacidad de transmitir un par equivalente al 250% del par nominal (a plena carga) del motor. Aunque el conjunto puede generar un par a ese nivel durante periodos cortos, como durante el arranque o si hay un incremento momentáneo en la carga, debemos recordar que el embrague solamente puede transmitir un par igual al que genera el motor, y por lo tanto, aunque el embrague esté operando dentro de su capacidad continua, el tiempo durante el que el conjunto puede operar a un par superior a la capacidad nominal del motor, está limitado por la protección térmica del motor. VENTAJAS Comparados con los variadores de frecuencia, los sistemas de velocidad variable a base de corrientes parásitas ofrecen las siguientes ventajas que resultan atractivas para algunas aplicaciones, especialmente en operación cercana a la velocidad del motor: · Diseño sencillo y robusto, con pocas partes de desgaste. · Motor de corriente alterna conectado directamente a la línea de alimentación. · El motor no está expuesto a pulsaciones de voltaje que lo deterioran prematuramente. · No generan señales harmónicas que pueden afectar otros equipos conectados a la red. · Pocas pérdidas en el sistema de control (del orden del 2%). Control bastante preciso de la velocidad.

EMBRAGUES Y FRENOS MAGNÉTICOS.

Son de varios tipos. Embragues y frenos de partículas magnéticas. No tienen un contacto de fricción directo entre disco y carcasa. El espacio entre superficies está lleno de un fino polvo ferroso. Al energizarse la bobina, las partículas de polvo forman cadenas a lo largo de las líneas de flujo del campo magnético, acoplando el disco a la carcasa. Embragues y frenos de histéresis magnética. No tiene un contacto mecánico entre los elementos en rotación. El rotor que también se conoce como taza de arrastre, es arrastrado por el campo magnético establecido por la bobina de campo (o imán permanente). Embragues de corrientes parásitas. Son similares en construcción a los dispositivos de histéresis, en el hecho que no tienen un contacto mecánico entre rotor y polos. La bobina establece corrientes parásitas, que acoplan de manera magnética el embrague.

5.5 CONVERTIDOR DE PAR

Cuando hablamos de equipos de gran minería a cielo abierto, "casi siempre" encontraremos este modelo CAT por sus características y desempeño. Es por ello que familiarizarse con él

es algo que todo técnico debería hacer, además claro que todos los sistemas en los ademas equipos tendrá una gran similitud. El tren de fuerza está compuesto por cuatro sistemas básicos. Estos sistemas son: 

Módulo de control electrónico del chasis



Convertidor de par



Engranajes de transferencia y transmisión



Diferencial y mandos finales

Los cuatro sistemas básicos están conectados entre sí mediante conexiones hidráulicas, eléctricas, magnéticas o mecánicas. Pero en esta ocasión solo hablaremos del convertidor de par.

El convertidor de par tiene un embrague de traba para el mando directo y un embrague unidireccional para el mando del convertidor de par. El convertidor de par está sujeto directamente al volante del motor.

El convertidor de par impulsa hidráulicamente la transmisión, a menos que se active el embrague de traba. Cuando se activa el solenoide de traba, el embrague de traba está hidráulicamente conectado. La caja giratoria del convertidor de par está ahora conectada mecánicamente al eje de salida del convertidor de par. El eje motriz conecta mecánicamente el convertidor de par a los engranajes de transferencia. Los engranajes de transferencia están sujetos directamente a la transmisión. Después de que se conecte la transmisión al convertidor de par, la potencia sale del motor y se transmite por el convertidor de par y la transmisión al diferencial. Los ejes traseros conectan mecánicamente el diferencial con los mandos finales. Los mandos finales están conectados a las ruedas traseras. La potencia se transmite después a los neumáticos. El sistema hidráulico del convertidor de par usa el aceite común al sistema de enfriamiento de los frenos. Estos sistemas usan el mismo aceite del tanque de aceite hidráulico. Los siguientes componentes forman parte de este sistema hidráulico:

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Válvula de alivio de admisión del convertidor de par

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Válvula de alivio de salida del convertidor de par

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Filtro de aceite de carga del convertidor de par

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Filtro de aceite del embrague de traba del convertidor de par

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Bomba de engranajes del convertidor de par

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Bomba de engranajes del embrague de traba del convertidor de par

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Válvula moduladora del embrague de traba del convertidor de par

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Embrague de traba

El aceite a presión usado para conectar el embrague de traba procede de la sección de la bomba de la bomba de engranajes del embrague de traba de la transmisión y el convertidor de par. El aceite circula después por el filtro de aceite pasando a la válvula moduladora del embrague de traba del convertidor de par. La válvula moduladora del embrague de traba del convertidor de par controla la operación del embrague de traba.

Operación del convertidor de par

Operación en neutral

Cuando se arranca el motor, el aceite pasa del tanque hidráulico a través de la rejilla de succión de la sección hidráulica y hacia la sección de la bomba de carga del convertidor de par y la sección de la bomba del embrague de traba del convertidor de par. La sección de la bomba de carga envía aceite a través del filtro de aceite del convertidor de par hacia la válvula de alivio de la presión de control piloto. La válvula de alivio piloto limita la presión máxima del aceite entre la sección de la bomba de carga que se utiliza como aceite piloto y la válvula de control del dispositivo de levantamiento. El aceite de la sección de la bomba de carga fluye también hacia la válvula de alivio de admisión del convertidor de par y al convertidor de par. La válvula de alivio de admisión controla la presión máxima del aceite que va al convertidor de par. Desde el convertidor de par , el aceite va a la válvula de alivio de salida del convertidor de par . La válvula de alivio de salida controla la presión mínima del aceite en el convertidor de par. El aceite del convertidor de par atraviesa un orificio restrictor en la caja del convertidor de par o circula alrededor del carrete de la válvula de alivio de salida del convertidor de par. Este aceite se convierte ahora en el aceite de enfriamiento de los frenos.

En el Camión de Obras 777F, el aceite que circula alrededor del carrete de la válvula de alivio de salida del convertidor de par circula a través las rejillas y los enfriadores de aceite de los frenos para enfriar los frenos. El aceite que sale de los frenos pasa a través del conjunto de tubo y el deflector hacia la sección hidráulica del tanque hidráulico. Las fugas del convertidor de par pasan también a la parte inferior de la caja. La sección de la bomba de barrido del convertidor de par extrae el aceite a través de la rejilla de barrido, y el aceite se envía al tanque hidráulico.

Operación de traba (mando directo)

La máquina está en mando de convertidor de par cuando está en NEUTRAL y en velocidades de RETROCESO. Las velocidades de SEGUNDA a SÉPTIMA son velocidades de mando directo. La PRIMERA velocidad está en mando del convertidor de par a velocidades de desplazamiento más bajas y en mando directo a velocidades de desplazamiento más altas. En la PRIMERA velocidad, se usa el convertidor de par hasta que la velocidad de desplazamiento sea suficientemente alta para un mando directo. En este momento, el sensor de velocidad de la transmisión indica al ECM del chasis que es necesario el mando directo (traba).

El ECM del chasis activa el solenoide de la válvula moduladora del embrague de traba del convertidor de par. La válvula moduladora envía aceite al embrague de traba. El embrague de traba está ahora conectado, y la máquina está en la PRIMERA velocidad de mando directo. Cuando se requiere un cambio ascendente a SEGUNDA velocidad, el ECM del chasis desactiva la válvula de solenoide de la válvula moduladora (58) del embrague de traba del convertidor de par. Se detiene el aceite piloto al embrague de traba y se desconecta el embrague de traba. La máquina está brevemente en mando del convertidor de par mientras cambia la transmisión. Después de conectarse los embragues apropiados de la transmisión para la SEGUNDA velocidad, se conecta nuevamente el embrague de traba a través de los mismos pasos descritos anteriormente. Entre los cambios de la transmisión, el convertidor de par cambiará brevemente de mando directo a mando del convertidor para asegurar los cambios uniformes. Esta operación se usa en cambios ascendentes de las velocidades SEGUNDA a SÉPTIMA, y en cambios descendentes de las velocidades SÉPTIMA a PRIMERA. Cuando la máquina está en mando directo en la PRIMERA velocidad y la velocidad de desplazamiento disminuye, el ECM del chasis desactiva la válvula de solenoide de la válvula moduladora de la traba del convertidor de par. El embrague de traba se desconectará y la máquina regresará al mando de convertidor de par.

5.6 Materiales de fricción Algunos frenos y embragues trabajan con fricción, los dos materiales que están en contacto deben tener un alto coeficiente de fricción. Este parámetro es usado en todos los cálculos de diseño, debe tener un valor fijo. Los materiales deben ser resistentes a la intemperie así como a la humedad y las altas temperaturas. Una característica calorífica excelente debe ser cuando se convierte satisfactoriamente la energía mecánica en calor en el embrague o freno. Esto significa que la alta capacidad de calor y las propiedades térmicas son proporcionales a las altas temperaturas. Los materiales deben ser resistentes en general y tener una alta dureza. Últimamente se han optado por materiales de carbono, o con alto contenido del mismo, actualmente también existen materiales con incrustaciones de asbesto que mejora las propiedades térmicas de los frenos y embragues, también se ha optado por materiales de aleación como el tungsteno y el vanadio aunque son muy caros por eso las aleaciones con alto contenido de carbono son la más viables. Algunos de los materiales típicamente usados en la fabricación de frenos y embragues se listan en la tabla siguiente, mostrando los coeficientes de fricción, las temperaturas máximas y las presiones máximas en KPa. En la columna de lado izquierdo muestra 2 materiales los cuales están sometidos a contacto.

5.7 CONSIDERACIONES DE ENERGIA, FICCION Y TEMPERATURA LOS estudios decisivos que condujeron a establecer la equivalencia entre el trabajo mecánico y el calor fueron realizados en 1840 por James Joule en la Gran Bretaña. Tales estudios estuvieron inspirados en los trabajos que Rumford había llevado a cabo casi cincuenta años antes y que describimos en el capítulo anterior. En un trabajo intitulado EI equivalente mecánico de calor, que data de 1843 y que fue publicado en 1850, Joule presentó evidencia inequívoca justificando las conclusiones de Rumford. Al respecto escribió: Durante mucho tiempo ha sido una hipótesis favorita que el calor consiste de una fuerza o potencia perteneciente a los cuerpos, pero le fue reservado al conde Rumford llevar a cabo los primeros experimentos decididamente en favor de esta idea. El justamente famoso filósofo natural demostró por sus ingeniosos experimentos que la gran cantidad de calor excitada por la horadación de un canón no puede asociarse a un cambio que tiene lugar en la capacidad calorífica del metal, por lo tanto él concluye que el movimiento del taladro se transmite a las partículas del metal, produciéndose así el fenómeno del calor.

Hizo ver también que si en el experimento de Rumford (ver capítulo I) se supone que la rapidez con que se suministra el trabajo (potencia) es, como indica Rumford, de un caballo de fuerza se puede estimar que el trabajo requerido para elevar una libra (454 g) de agua, 1º F (18º C) es aproximadamente igual a 1 000 ft. lb (1 356 julios) lo cual no es muy diferente del valor obtenido en sus propios experimentos, 772 ft-lb (1 046 julios). El experimento de Joule fue una verdadera proeza de precisión y de ingenio considerando los medios de que se disponían en esa época. El aparato (ver Fig. 4) consistía esencialmente en un eje rotatorio dotado de una serie de paletas, de hecho ocho brazos revolventes, girando entre cuatro conjuntos de paletas estacionarias. El propósito de estas paletas era agitar el líquido que se colocaba en el espacio libre entre ellas. El eje se conectaba mediante un sistema de poleas y cuerdas muy finas a un par de masas de peso conocido. El experimento consistía en enrollar la cuerda sujetando las masas sobre las poleas hasta colocarlas a una altura determinada del suelo. Al dejar caer las masas, el eje giraba lo cual a su vez generaba una rotación de los brazos revolventes agitando el líquido contenido en el recipiente.

Figura 4. Aparato empleado por Joule en la medición del equivalente mecánico del calor. Las masas conocidas m se enrollan por medio de la manivela sobre el cilindro. La cuerda pasa por dos poleas P perfectamente bien engrasadas. La altura de las masas sobre el suelo es conocida, y la temperatura del agua se controla mediante el termómetro. Este proceso se repetía veinte veces y se medía la temperatura final del líquido agitado. Las paredes del recipiente que contenía el líquido eran herméticas y estaban

fabricadas de una madera muy gruesa adecuadamente tratada para minimizar cualquier pérdida de calor por convección y por radiación. Después de una repetición muy cuidadosa de estos experimentos Joule concluyó lo siguiente: 1) La cantidad de calor producida por la fricción entre cuerpos, sean líquidos o sólidos siempre es proporcional a la cantidad de trabajo mecánico suministrado. 2) La cantidad de calor capaz de aumentar la temperatura de 1 libra de agua (pesada en el vacío y tomada a una temperatura entre 55º y 60º F) por 1.8º C (1º F) requiere para su evolución la acción de una fuerza mecánica representada por la caída de 772 lb (350.18 kg) por la distancia de l pie (30.48 cm). Entre 1845 y 1847 repitió estos experimentos usando agua, aceite de ballena y mercurio, obteniendo que por cada libra de estos compuestos, los equivalentes mecánicos eran respectivamente iguales a 781.5, 782.1 y 787.6 lb, respectivamente. De ahí concluyó lo siguiente: Estos resultados, coincidiendo entre sí tan estrechamente y con otros previamente obtenidos con fluidos elásticos y una máquina electromagnética, no dejaron duda en mi mente respecto a la existencia de una relación equivalente entre fuerza y trabajo.

Los resultados obtenidos por Joule son de hecho la base de lo que se conoce en la actualidad como la primera termostática. En efecto, lo que hacen ver es que aislados de su exterior, y a los que se suministra la misma cantidad de energía mecánica de maneras diferentes, el cambio observado en el sistema es el mismo. En el caso del experimento de Joule este cambio se registra por la variación de la temperatura del sistema. Sistemas aislados de su exterior, son aquellos que se encuentran encerrados en recipientes cuyas paredes impiden totalmente la interacción térmica con los alrededores; a estas paredes ideales se les llama paredes adiabáticas. Obsérvese que en estos experimentos el sistema no se mueve, su energía cinética es cero, ni se desplaza respecto al nivel del suelo, su energía potencial permanece constante y sin embargo ¡el sistema ha absorbido una cierta cantidad de energía! La clave de la respuesta a esta interrogante es que si creemos en el principio de la conservación de la energía, la energía suministrada debe convertirse en otro tipo de energía. A esta energía la llamamos la energía interna del sistema. Las experiencias de Joule sirvieron para extender esta observación a todo sistema termodinámico y postular que si a cualquier sistema aislado, esto es, que no intercambie ni calor ni masa con sus alrededores, le suministramos una cierta cantidad de energía mecánica W, ésta sólo provoca un incremento en la energía interna del sistema U, por una cantidad DU de manera tal que:

DU = Wad

(1)

Esta igualdad, en donde el índice "ad" en W sólo sirve para puntualizar que la energía mecánica suministrada al sistema debe hacerse sólo cuando este se encuentre aislado de sus alrededores, constituye la definición de la energía interna U. La existencia de esta cantidad para cualquier sistema, es el postulado conocido como la primera ley de la termostática. Es importante insistir en que la ecuación (1) que ahora proponemos sea válida para cualquier sistema, agua, aceite, un metal, un gas, un trozo de imán, etc. constituye una extrapolación de los experimentos de Joule, quien la verificó, como hemos visto, sólo para unas cuantas substancias. Más aún, la hemos podido escribir invocando el principio de la conservación de la energía, que en esencia nos permite definir lo que entenderemos por DU. Vale la pena aclarar que DU es un símbolo que representa al cambio en la energía interna entre el estado inicial (e.g. el agua a 55º F en el experimento de Joule) que podemos llamar Ui y la energía interna en el estado final (e.g. el agua a la temp. final) que designaremos por Uf . Entonces, DU º Uf — Ui. Por otra parte, hemos visto ya en el capítulo I que si el sistema sobre el cual estamos realizando nuestros experimentos está a una temperatura diferente que la del medio ambiente habrá una tendencia natural a establecerse un flujo de calor entre ambos. En pocas palabras si los experimentos de Joule u otros similares sobre otros sistemas se llevaran a cabo sin tomar la precaución de aislar el sistema de sus alrededores, observaríamos que: DU —W¹ 0

(2)

El ejemplo más simple al que el lector puede recurrir es el de calentar la misma masa de agua usada por Joule, pero poniéndola directamente al fuego hasta obtener la misma variación en la temperatura. Tomando las precauciones necesarias para que ni el volumen, ni la presión ni otra propiedad del agua cambien, debemos concluir que la misma energía W que produjo el cambio en U en los experimentos de Joule, fue ahora suministrada por el fuego, i.e, es una cantidad de calor Q. Y en el caso de que la energía mecánica sea suministrada en las condiciones que exhibe la ecuación (2), es claro que la energía faltante, según Carnot, debe tomarse en cuenta por las "pérdidas" de calor provocadas por el flujo de calor del cuerpo o sistemas al exterior. Combinando estos resultados podemos escribir que : DU - W = Q (3)

esto es, la energía se conserva en todo proceso si se toma en cuenta el calor. Esta simple ecuación que no es otra cosa más que la expresión del principio de conservación de la energía para procesos termostáticos requiere de varios comentarios importantes que ponen de manifiesto, tanto su relevancia como su naturaleza misma. El primer comentario se refiere a la concepción de Q en la ecuación (3). Según las experiencias de Rumford y de Joule corresponde a una

forma no mecánica de energía, precisamente aquella que se libera por fricción. De hecho, las propias experiencias de Joule muestran que la cantidad de calor Q definida en (3) sólo difiere por un factor numérico de la definición tradicional. Una caloría se define como la cantidad de calor requerido para elevar 1 g. de agua de 15.5º C a 16.5º C. Pero según Joule, esa cantidad de calor es equivalente a un trabajo mecánico de 4.187 julios en unidades MKS.2 Entonces, una caloría es igual a 4.187 julios y al factor de conversión de unas unidades a otras se conoce como el equivalente mecánico del calor, a menudo representado por J. Así,

J = 4.187 julios / caloría El segundo comentario concierne al origen de la ecuación (3). Para llegar a ella hemos invocado la validez universal del principio de conservación de la energía. Así pues esta ecuación sólo resume las experiencias de Rumford, Joule y Carnot. No es la primera ley de la termostática como suele afirmarse a menudo. Pero insistimos, para hablar de conservación de energía se requiere de una definición operativa de energía para cualquier sistema. Esta definición, dada por la ecuación (1) y que extiende las experiencias de Joule a cualquier sistema, es la primera ley de la termostática. El tercer comentario concierne a la naturaleza de los términos que aparecen en la ecuación (3). Por una parte, DU corresponde, por definición, a una cantidad que no depende de la naturaleza del proceso usado para medirla. En este sentido tiene una jerarquía similar a otras variables como la presión p, el volumen V, la temperatura T, etc. Decimos entonces que es una variable capaz de describir el estado de un sistema o, simplemente, una variable de estado. Es pues una cantidad intrínseca a la naturaleza del sistema que se escoge para estudiarlo. Nótese que la definición (1) sólo nos permite medir diferencias de energía interna lo cual indica que análogamente al caso de la energía potencial en mecánica o el potencial electrostático, podemos escoger arbitrariamente un punto de referencia, i.e, un estado arbitrario al cual podemos asignar un valor determinado a U y que puede ser cero. Los otros dos términos Q y W son de naturaleza totalmente diferente a U. Sólo intervienen en un sistema cuando lo llevamos por un proceso determinado en el cual puede realizar o recibir trabajo y absorber o ceder calor. Claramente los valores de Q y W dependerán del proceso en cuestión y por consiguiente ni uno ni otro es una variable de estado. Una analogía pedestre puede ayudar a comprender esta situación. En términos de una cuenta bancaria, la solvencia económica de una persona sólo puede determinarse por los fondos que tiene en ella, esto es, el dinero depositado en el banco. Esa cantidad describe o indica el estado financiero por lo que a sus fondos disponibles concierne, de esa persona. Cuando ocurre un proceso éste puede concebirse como al girar o depositar cheques bancarios y sacar o depositar dinero en efectivo. Al final del proceso el cambio en sus fondos será igual a la suma neta de las cantidades involucradas en el manejo de cheques y en efectivo.

Estas dos juegan el papel de W y Q en tanto que el dinero en la cuenta es U. (Aquí el estado de referencia es obvio pues U = O corresponde a tener la cuenta en cero.) Así que, en pocas palabras, U es una variable de estado, Q y W sólo tienen sentido y aparecen en escena si ocurre un proceso. A menudo, aun después de todas estas consideraciones, es frecuente escuchar la pregunta: ¿ Y qué es el calor? La respuesta es ahora obvia: es una forma de energía que aparece en un proceso y cuyo origen no es mecánico. El frotamiento continuo entre dos cuerpos, como observó Rumford, genera "calor". Cierto es que para producir ese frotamiento requerimos de un agente externo, sea el esfuerzo muscular de quien los frota, el caballo que daba vueltas al taladro en el experimento de Rumford, etc. Pero la acción misma de frotamiento produce una energía que como mostró Carnot no puede convertirse íntegramente en trabajo útil. Sin embargo su inclusión en la descripción global de un proceso, en cuanto a un balance de energía concierne, es imprescindible para estar en concordancia con el principio de conservación de la energía. Calor es, pues, una forma de energía en tránsito. A pesar de esto es frecuente usar el término calor en modos que aparentan estar en contradicción con lo arriba expuesto. Decimos que el calor "fluye" de un cuerpo caliente a uno frío como si se tratara de un fluido. Esto es incorrecto y justamente lo que debemos descartar para entender correctamente la ecuación (3). Como en el caso del mechero discutido en conexión con los experimentos de Joule, DU = Q representa el cambio en la energía interna del sistema formado por los dos (o más) cuerpos cuando por diferencias en las temperaturas entre ellos ocurre un intercambio de energía de naturaleza no mecánica. Antes de llevar a su final esta discusión sobre la conservación de la energía y la primera ley de la termostática conviene señalar que a pesar de sus brillantes experiencias y el hecho casi obvio de que la ecuación (3) estaba por detrás de todos sus resultados no fue Joule el primero en llegar a esta conclusión. La ecuación (3) fue en realidad producto del análisis más profundo que sobre las experiencias de Joule, Carnot y otros realizaron sir William Thomson, más tarde lord Kelvin, y Rudolf Clausius a principio de la segunda mitad del siglo XIX. Pero todavía es más curioso que un año antes que Joule diera a conocer sus resultados en Inglaterra, un joven médico nativo de Heilbronn, Alemania. Julius Robert Mayer en 1842 sugirió una equivalencia general entre la conservación de todas las formas de energía. En su ensayo intitulado Comentarios sobre las energías de la naturaleza inorgánica usando lo que ahora llamamos "experimentos pensados" hizo ver que partiendo del principio que establece que una causa es igual a su efecto y considerando que las energías son causas capaces de asumir varias formas, las energías son entidades indestructibles e interconvertibles. A pesar de que el método de Mayer es enteramente diferente al de Joule, pues no tuvo la oportunidad de realizar experimentos, sus conclusiones son muy parecidas. Mayer hace notar que existen formas de energía en la naturaleza que no están asociadas necesariamente con el movimiento (energía cinética) ni con la elevación o descenso de un cuerpo (energía potencial) y plantea, con base en su primera proposición, el problema sobre otras formas que la energía puede asumir. Hace ver que, como el calor se puede generar por fricción, debe ser una forma de movimiento y por lo tanto equivalente a una energía cinética o potencial.

Finalmente, se plantea la pregunta acerca de cómo calcular la cantidad de calor correspondiente a una cantidad dada de energía cinética o potencial (¡El equivalente mecánico del calor!). En este punto crucial, Mayer plantea un "experimento pensado" y esboza un cálculo mediante el cual muestra que J = 4 200 julios/Kcal, el cual considerando la imprecisión de un método, es muy razonable si lo comparamos con la ecuación (4). Sin embargo, su trabajo pasó desapercibido y no recibió crédito alguno en los 20 años subsecuentes. Para completar la lista de los distinguidos y notables investigadores que reclaman la paternidad del contenido físico de la ecuación (3) no podemos dejar de citar a H. von Helmholtz quien el 23 de julio de 1847 leyó ante la Sociedad de Física de Berlín un trabajo intitulado "La conservación de la fuerza". En este trabajo, de naturaleza estrictamente matemática, hace ver que la energía (fuerza en su trabajo) se conserva y que el calor es una forma de energía, una vez más, las proposiciones básicas detrás de la ya familiar ecuación (3). Es así como para 1847-1850, cuando las locomotoras recorrían grandes distancias, los ríos y lagos eran surcados por buques de vapor y la máquina de vapor era de uso común, apenas se establecían las bases teóricas de la equivalencia entre calor y trabajo mecánico, en tanto se desterraban los últimos resquicios de la teoría del calórico y se asentaba el concepto de "energía interna" como un postulado ahora llamado la primera ley de la termostática. Sin embargo subsistía sin responderse una segunda pregunta planteada por Sadi Carnot en 1824: ¿Qué fracción del calor cedido a una máquina térmica es aprovechable? Su respuesta condujo a los físicos de la época por el sendero de la segunda ley de la termostática y el todavía controvertido y escurridizo concepto de la entropía. NOTAS 2 El resultado de Joule para el agua es de aproximadamente 780 ft-1b para 1 lb (= 453.6 g de H2O) por 1º F = 1.8º C. Como un julio = 0.7376 ft-lb en el sistema MKS la energía mecánica es

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BIBLIOGRAFÍA · UNIVERSIDAD AUTONOMA DENUEVO LEON 

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA “ANALISIS DE EMBRAGUES” TESIS

· CAMPUS TECNOLÓGICO UNIVERSIDAD DE NAVARRA 

FRENOS Y EMBRAGUES

· TÉCNICAS DE TRANSMISIONES AUTOMÁTICAS , S.L. 

FRENOS Y EMBRAGUES

·http://es.vbook.pub.com/doc/20350111/FRENOS-Y-EMBRAGUES#

·http://www.sabelotodo.org/automovil/frenobanda.html ·http://www.sabelotodo.org/automovil/frenodisco.html