Amotoren términos físicos simples es cualquier cosa que convierte energía en mover las partes de algún tipo de máquina, ya sea un automóvil, una imprenta o un rifle. Se requieren motores para mover cosas en tantas situaciones cotidianas que el mundo se muele de inmediato. a un punto muerto irreconocible y algo cómico si todos los motores en funcionamiento se silenciaran al mismo tiempo hora.
Dado que los motores son omnipresentes en la sociedad humana moderna, los ingenieros de la Tierra a lo largo de los siglos han producido varios tipos diferentes acordes con los estándares tecnológicos de la época. Por ejemplo, antes de que las personas pudieran aprovechar y utilizar la electricidad a escala mundial desde principios del siglo XX en adelante, las grandes máquinas de los trenes funcionaban con vapor procedente de la combustión del carbón.
- Los motores son un subconjunto de motores, pero no todos los motores son motores.
Muchos motores sonactuadores, lo que significa que inducen movimiento mediante la aplicación de torque. Durante mucho tiempo, la potencia impulsada por líquido de los actuadores hidráulicos fue el estándar del día. Pero con los avances en el siglo XXI en los actuadores eléctricos, combinados con la electricidad abundante y fácil de controlar, los motores eléctricos de este tipo están obteniendo ganancias. ¿Es uno claramente superior al otro y depende de la situación?
Descripción general de los sistemas hidráulicos
Si alguna vez usó un gato de piso o condujo un vehículo que tiene frenos o dirección asistida, es posible que se haya maravillado en la facilidad con la que puede mover las cantidades de masa involucradas en estas transacciones físicas con aparentemente poco esfuerzo. (Por otro lado, es posible que la tarea de cambiar un neumático al borde de la carretera le haya consumido demasiado como para preocuparse por esas ideas en tiempo real).
Estas tareas y muchas otras comunes son posibles gracias al uso desistemas hidraulicos. Hidráulicaes la rama de la física que se ocupa de las propiedades mecánicas y los usos prácticos de los fluidos dinámicos (fluidos en movimiento). Los sistemas hidráulicos no "crean" energía, sino que la convierten en una forma deseada desde una fuente externa, llamadafuerza motriz.
El estudio de la hidráulica consta de dos áreas principales.Hidrodinámicaes el uso de líquidos enAlto flujo(dinámico significa "en movimiento")y baja presiónhacer trabajo. Los molinos de la "vieja escuela" aprovechan la energía de la corriente de agua para moler el grano de esta manera.Hidrostática, por el contrario, es el uso de líquidos enalta presión y bajo flujo(estático significa "de pie") para realizar un trabajo. ¿Cuál es la base de esta compensación en el lenguaje de la física?
Fuerza, trabajo y área
La física subyacente al uso estratégico de motores hidráulicos radica en el concepto de multiplicación de fuerzas. El trabajo neto realizado en un sistema es el producto de la fuerza neta aplicada y la distancia que se mueve el objeto de la fuerza:
W_ {net} = F_ {net} d
Esto significa que para una determinada cantidad de trabajo asignado a una tarea física, la fuerza necesaria para realizarla puede ser reducir aumentando la distancia involucrada en la aplicación de la fuerza, como se puede hacer utilizando los giros de un tornillo.
Este principio se extiende desde situaciones lineales a bidimensionales, y de la relación
P = \ frac {F} {A}
donde P = presión en N / m2, F = fuerza en newtons y A = área en m2. En un sistema hidráulico en el que la presión P se mantiene constante que tiene dos cilindros de pistón con áreas de sección transversal A1 y A2, esto lleva a la relación
\ frac {F_1} {A_1} = \ frac {F_2} {A_2} \ text {o} F_1 = \ frac {A_1} {A_2} F_2
Esto significa que cuando el pistón de salida A2 es mayor que el pistón de entrada A1, la fuerza de entrada será proporcionalmente menor que la fuerza de salida. Si bien esto no es lo mismo que obtener algo a cambio de nada, es un activo claro en muchas configuraciones de motores contemporáneas.
Conceptos básicos del motor eléctrico
Un motor eléctrico hace uso del hecho de que un campo magnético ejerce una fuerza sobre cargas eléctricas en movimiento, o corriente. Una bobina giratoria de alambre conductor se coloca entre los polos de un electroimán de tal manera que el campo magnético induce un par de torsión que hace que la bobina gire alrededor de su eje. Este eje giratorio se puede utilizar para realizar trabajos de varios tipos y, en general, los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica.
Motores hidráulicos: tipos de discusión
El motor principal de un motor hidráulico es una bomba que empuja contra el líquido (a menudo aceite) en las tuberías del sistema. Este líquido es incompresible y empuja a su vez contra un pistón dentro de un cilindro que tiene fluido hidráulico a ambos lados.
El pistón se mueve y se convierte "corriente abajo" en movimiento de rotación, mientras que el fluido en el lado de salida del pistón se devuelve continuamente a un depósito. La presión se mantiene constante en el sistema (a menos que sea necesario cambiarla para afectar las salidas del motor) mediante la distribución estratégica y la sincronización de las válvulas.
Los tipos de motores hidráulicos implementados en diferentes situaciones incluyen motores de engranajes externos, motores de pistones axiales y motores de pistones radiales. Los motores hidráulicos también se utilizan en algunos tipos de circuitos eléctricos, así como en combinaciones de bomba-motor.
Hidráulico vs. Motor eléctrico: pros y contras
¿Por qué utilizar un motor hidráulico vs. ¿un motor de gasolina o un motor eléctrico? Las ventajas y desventajas de cada tipo de motor son tan numerosas que es necesario considerar cada variable en su propio escenario único.
Ventajas de los motores hidráulicos:
La principal ventaja de los motores hidráulicos es que pueden usarse para generar fuerzas extremadamente altas en relación con las fuerzas de entrada. Esto es análogo a la situación en la mecánica ordinaria (no hidráulica) donde la geometría de palancas y poleas se puede "trabajar" para obtener un beneficio similar.
Los motores hidráulicos funcionan con líquidos incompresibles, lo que permite un control más estricto del motor y, por lo tanto, un mayor grado de precisión en el movimiento. Son muy útiles para equipos móviles pesados (por ejemplo, camiones).
Desventajas de los motores hidráulicos:
Los motores hidráulicos suelen ser la opción más cara. Con todo el aceite normalmente en juego, su funcionamiento es complicado, y sus diversos filtros, bombas y aceite requieren controles, cambios, limpieza y reemplazos. Las fugas pueden producir riesgos para la seguridad y el medio ambiente.
Ventajas de los motores eléctricos:
La mayoría de las configuraciones hidráulicas no se mueven rápidamente. Los motores eléctricos son mucho más rápidos (hasta 10 m / s). Tienen velocidades programables y posiciones de parada, a diferencia de los sistemas hidráulicos, y proporcionan una alta precisión de posicionamiento donde sea necesario. Los sensores electrónicos pueden proporcionar información precisa sobre el movimiento y la fuerza aplicada, lo que permite un control de movimiento superior.
Desventajas de los motores eléctricos:
Estos motores son complicados de instalar y solucionar en comparación con otros motores. Principalmente, su desventaja es que si necesita mucha más fuerza, necesita un motor significativamente más grande y pesado, a diferencia del caso de los motores hidráulicos.
Una nota sobre los activadores neumáticos
La cuestión de la neumática vs. actuadores eléctricos o actuadores hidráulicos también surgen en algunas situaciones. La diferencia entre los actuadores neumáticos e hidráulicos es que los motores hidráulicos emplean líquidos, mientras que los actuadores neumáticos utilizan gases, normalmente aire ordinario. (Tanto los líquidos como los gases, como referencia, se clasifican comofluidos.)
Los activadores neumáticos tienen la ventaja de que el aire está esencialmente en todas partes (o al menos en todas partes donde los humanos trabajen cómodamente), por lo que un compresor de aire es todo lo que se necesita para un motor primario. Por otro lado, estos motores son muy ineficientes debido a las pérdidas comparativamente grandes debido al calor en comparación con otros tipos de motores.