Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Mecanización

Un cabrestante minero hidráulico utilizado para extraer mineral. Este grabado en madera proviene de De re metallica de George Bauer (seudónimo Georgius Agricola , ca. 1555), un ...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Un cabrestante minero hidráulico utilizado para extraer mineral. Este grabado en madera proviene de De re metallica de George Bauer (seudónimo Georgius Agricola , ca. 1555), un antiguo libro de texto sobre minería que contiene numerosos dibujos y descripciones de equipos mineros.

La mecanización es el proceso de pasar de trabajar principalmente o exclusivamente a mano o con animales a realizar ese trabajo con maquinaria. En un texto antiguo de ingeniería, una máquina se define de la siguiente manera :

Toda máquina se construye con el propósito de realizar ciertas operaciones mecánicas, cada una de las cuales presupone la existencia de dos elementos además de la máquina en cuestión: una fuerza motriz y un objeto sujeto a la operación, que puede denominarse trabajo a realizar. De hecho, las máquinas se interponen entre la fuerza y ​​el trabajo para adaptarlos. [ 1 ]

En todos los campos, la mecanización incluye el uso de herramientas manuales. En el uso moderno, como en ingeniería o economía, la mecanización implica maquinaria más compleja que las herramientas manuales y no incluiría dispositivos simples como un molino de caballos o burros sin engranajes. Los dispositivos que provocan cambios de velocidad o cambios de movimiento alternativo a rotatorio, utilizando medios como engranajes , poleas o roldanas y correas, ejes , levas y manivelas , generalmente se consideran máquinas. Después de la electrificación , cuando la mayoría de la maquinaria pequeña dejó de ser accionada manualmente, la mecanización se convirtió en sinónimo de máquinas motorizadas. [ 2 ] La extensión de la mecanización del proceso de producción se denomina automatización y está controlada por un sistema de circuito cerrado en el que los sensores proporcionan retroalimentación. En una máquina automatizada, el trabajo de diferentes mecanismos se realiza automáticamente. [ 3 ]

Historia

Reloj de la Catedral de Salisbury, ca. 1386. Un reloj es un instrumento mecánico, no una máquina propiamente dicha. Si bien este reloj tenía engranajes de hierro, muchas máquinas de los inicios de la Revolución Industrial utilizaban piezas de madera hasta alrededor de 1800.

Tiempos antiguos

Las ruedas hidráulicas datan de la época romana y se utilizaban para moler grano y elevar agua de riego. En China, los fuelles accionados por agua se usaban en los altos hornos en el año 31 d. C. [ 4 ] En el siglo XIII, las ruedas hidráulicas impulsaban aserraderos [ 5 ] y martillos de trituración , para estirar telas y machacar trapos de lino y, posteriormente, de algodón, hasta convertirlos en pulpa para la fabricación de papel. En De re Metallica (1555) se muestra a los martillos de trituración moliendo mineral .

Los relojes fueron algunos de los primeros dispositivos mecánicos más complejos. Los relojeros fueron importantes desarrolladores de máquinas herramienta, incluidas las máquinas de engranajes y de roscar, y también participaron en el desarrollo matemático de los diseños de engranajes. Los relojes fueron algunos de los primeros artículos producidos en masa, a partir de 1830 aproximadamente. [ 6 ] [ 7 ]

Los fuelles hidráulicos para altos hornos, utilizados en China en la antigüedad, ya se empleaban en Europa en el siglo XV. El libro De re Metallica contiene dibujos relacionados con fuelles para altos hornos, incluyendo un plano de fabricación.

Los diseños de engranajes mejorados disminuyeron el desgaste y aumentaron la eficiencia. Los diseños matemáticos de engranajes se desarrollaron a mediados del siglo XVII. El matemático e ingeniero francés Desargues diseñó y construyó el primer molino con dientes epicicloidales hacia 1650. En el siglo XVIII, los engranajes de evolvente , otro diseño derivado matemáticamente, comenzaron a utilizarse. Los engranajes de evolvente son mejores para el engranaje de engranajes de diferentes tamaños que los epicicloidales. [ 7 ] Las máquinas de tallado de engranajes comenzaron a utilizarse en el siglo XVIII. [ 6 ]

Revolución industrial

La máquina de vapor de Newcomen se utilizó por primera vez en 1712 para bombear agua de una mina. John Smeaton introdujo engranajes y ejes metálicos en las ruedas hidráulicas a mediados y finales del siglo XVIII. La Revolución Industrial comenzó principalmente con maquinaria textil, como la máquina de hilar (1764) y la máquina de hilar hidráulica (1768).

La demanda de piezas metálicas para la maquinaria textil impulsó la invención de numerosas máquinas herramienta desde finales del siglo XVIII hasta mediados del siglo XIX. Tras las primeras décadas del siglo XIX, el hierro sustituyó progresivamente a la madera en engranajes y ejes de la maquinaria textil. En la década de 1840 se desarrollaron máquinas herramienta automáticas . Hacia 1810 se desarrolló maquinaria para fabricar clavos. La máquina de papel Fourdrinier, para la producción continua de papel, fue patentada en 1801, reemplazando el método manual, con siglos de antigüedad, de fabricación de hojas individuales.

Uno de los primeros dispositivos mecánicos utilizados en la agricultura fue la sembradora inventada por Jethro Tull alrededor de 1700. La sembradora permitía un espaciado de semillas y una profundidad de siembra más uniformes que los métodos manuales, aumentando los rendimientos y ahorrando valiosas semillas. En 1817, se inventó y utilizó la primera bicicleta en Alemania. La agricultura mecanizada aumentó enormemente a finales del siglo XVIII y principios del XIX con segadoras tiradas por caballos y trilladoras impulsadas por caballos . [ 8 ] A finales del siglo XIX, la energía de vapor se aplicó a la trilla y aparecieron los tractores de vapor. La combustión interna comenzó a utilizarse para tractores a principios del siglo XX. La trilla y la cosecha se realizaban originalmente con implementos para tractores, pero en la década de 1930 se utilizaban cosechadoras combinadas de propulsión independiente.

A mediados y finales del siglo XIX, los dispositivos hidráulicos y neumáticos podían impulsar diversas acciones mecánicas, como el posicionamiento de herramientas o piezas de trabajo. [ 9 ] Los hincadores de pilotes y los martillos de vapor son ejemplos de trabajos pesados. En el procesamiento de alimentos, los dispositivos neumáticos o hidráulicos podían iniciar y detener el llenado de latas o botellas en una cinta transportadora. La dirección asistida de los automóviles utiliza mecanismos hidráulicos, al igual que prácticamente toda la maquinaria de movimiento de tierras y otros equipos de construcción, así como muchos accesorios para tractores. La energía neumática (generalmente aire comprimido) se utiliza ampliamente para accionar válvulas industriales.

Siglo XX

A principios del siglo XX, las máquinas desarrollaron la capacidad de realizar operaciones más complejas que antes llevaban a cabo artesanos cualificados. [ 10 ] Un ejemplo es la máquina para fabricar botellas de vidrio desarrollada en 1905. Reemplazó a sopladores de vidrio bien pagados y a niños que trabajaban como ayudantes, y dio lugar a la producción en masa de botellas de vidrio. [ 11 ]

Después de 1900, las fábricas se electrificaron y se empezaron a utilizar motores y controles eléctricos para realizar operaciones mecánicas más complejas. Esto dio lugar a procesos mecanizados para la fabricación de casi todos los productos.

Categorías

Dos engranajes de evolvente , el izquierdo impulsando al derecho: las flechas azules muestran las fuerzas de contacto entre ellos. La línea de fuerza (o línea de acción ) discurre a lo largo de una tangente común a ambos círculos base. (En esta situación, no hay fuerza ni contacto necesario a lo largo de la tangente común opuesta, que no se muestra). Las evolventes se trazan aquí de forma inversa: los puntos (de contacto) se mueven a lo largo del vector de fuerza estacionario como si se desenrollara del círculo base giratorio izquierdo y se enrollara en el círculo base giratorio derecho.

En la manufactura, la mecanización reemplazó los métodos manuales de fabricación de bienes. Los motores primarios son dispositivos que convierten la energía térmica, potencial o cinética en trabajo mecánico. Entre los motores primarios se incluyen los motores de combustión interna, las turbinas de combustión (motores a reacción), las ruedas y turbinas hidráulicas, los molinos y turbinas eólicas, y las máquinas y turbinas de vapor. El equipo de transporte motorizado, como las locomotoras, los automóviles, los camiones y los aviones, es una clasificación de maquinaria que incluye subclases según el tipo de motor, como combustión interna, turbina de combustión y vapor. Dentro de las fábricas, almacenes, aserraderos y otras operaciones de fabricación y distribución, el equipo de manipulación de materiales reemplazó el transporte manual o las carretillas y carros. [ 10 ]

En la minería y la excavación, las palas mecánicas reemplazaron a los picos y las palas. [ 10 ] La trituración de rocas y minerales se había realizado durante siglos con martillos hidráulicos , pero estos han sido reemplazados por trituradoras de mineral y molinos de bolas modernos .

Los sistemas y equipos de manipulación de materiales a granel se utilizan para una variedad de materiales, incluidos carbón, minerales, granos, arena, grava y productos de madera. [ 10 ]

El equipo de construcción incluye grúas , hormigoneras , bombas de hormigón , plataformas elevadoras y una variedad de herramientas eléctricas.

Maquinaria motorizada

Actualmente, la maquinaria impulsada suele referirse a la que funciona con motor eléctrico o con motor de combustión interna. Antes de la primera década del siglo XX, la propulsión se refería generalmente a la que se realizaba mediante máquina de vapor, agua o viento.

Muchas de las primeras máquinas y herramientas mecánicas funcionaban manualmente, pero a principios del siglo XIX la mayoría pasó a funcionar con energía hidráulica o de vapor.

Antes de la electrificación , la energía en molinos y fábricas se transmitía generalmente mediante un eje de transmisión . La electrificación permitió que cada máquina individual fuera alimentada por un motor independiente, en lo que se denomina accionamiento unitario . El accionamiento unitario permitió una mejor organización de las fábricas y que las diferentes máquinas funcionaran a distintas velocidades. Además, el accionamiento unitario permitió velocidades mucho mayores, lo cual fue especialmente importante para las máquinas herramienta . [ 12 ]

Un paso más allá de la mecanización es la automatización . La maquinaria de producción inicial, como la máquina de soplado de botellas de vidrio (hacia la década de 1890), requería mucha intervención del operario. En la década de 1920, se empezaron a utilizar máquinas totalmente automáticas, que requerían mucha menos atención del operario. [ 10 ]

Uso militar

El término también se usa en el ámbito militar para referirse al uso de vehículos blindados de orugas , en particular vehículos blindados de transporte de personal , para trasladar tropas ( infantería mecanizada ) que de otro modo habrían marchado o viajado en camiones al combate. En la terminología militar, "mecanizado" se refiere a unidades terrestres que pueden combatir desde vehículos, mientras que " motorizado " se refiere a unidades ( infantería motorizada ) que son transportadas y van al combate en vehículos sin blindaje, como camiones. Por lo tanto, una unidad de artillería remolcada se considera motorizada, mientras que una autopropulsada es mecanizada.

Trabajo mecánico frente a trabajo humano

Cooperativa de trabajadores CNT-FAI en Barcelona que produce productos de madera y acero.

Comparando la eficiencia de un trabajador, suele tener una eficiencia de entre el 1 % y el 5,5 % (dependiendo de si usa brazos o una combinación de brazos y piernas). [ 13 ] Los motores de combustión interna suelen tener una eficiencia de alrededor del 20 %, [ 14 ] aunque los grandes motores diésel , como los que se utilizan para propulsar barcos, pueden tener eficiencias de casi el 50 %. Los motores eléctricos industriales tienen eficiencias de hasta el 90 %, antes de corregir la eficiencia de conversión de combustible a electricidad de alrededor del 35 %. [ 15 ]

Al comparar los costos de usar un motor de combustión interna con los de un trabajador para realizar un trabajo, observamos que un motor puede realizar más trabajo a un costo comparativo. Un litro de combustible fósil quemado con un motor de combustión interna equivale aproximadamente al trabajo de 50 manos de trabajadores durante 24 horas o al de 275 brazos y piernas durante 24 horas. [ 16 ] [ 17 ]

Además, la capacidad de trabajo combinada de un ser humano es mucho menor que la de una máquina. Un trabajador humano promedio puede proporcionar un trabajo equivalente a unos 0,9  hp (2,3 MJ por hora) [ 18 ] , mientras que una máquina (dependiendo del tipo y tamaño) puede proporcionar cantidades de trabajo mucho mayores. Por ejemplo, se necesita más de una hora y media de trabajo duro para producir solo un kWh, que un motor pequeño podría producir en menos de una hora consumiendo menos de un litro de combustible derivado del petróleo. Esto implica que un grupo de 20 a 40 hombres requerirá una compensación económica por su trabajo al menos igual a las calorías de alimentos consumidas (que son al menos de 4 a 20 veces mayores). En la mayoría de los casos, el trabajador también querrá una compensación por el tiempo perdido, que es fácilmente 96 veces mayor por día. Incluso si asumimos que el costo real del salario para el trabajo humano es de US$1,00/día, se genera un costo de energía de aproximadamente US$4,00/kWh. A pesar de que se trata de un salario bajo para un trabajo duro, incluso en algunos de los países con los salarios más bajos, representa un costo energético significativamente más caro que incluso fuentes de energía exóticas como los paneles solares fotovoltaicos (y, por lo tanto, aún más caro si se compara con los recolectores de energía eólica o los concentradores solares luminiscentes). [ 19 ]

Niveles de mecanización

Para simplificar, se puede estudiar la mecanización como una serie de pasos. [ 20 ] Muchos estudiantes se refieren a esta serie como indicativa de las formas básicas a las avanzadas de la sociedad mecánica. [ 21 ]

  1. fuerza de la mano/músculo
  2. herramientas manuales
  3. herramientas manuales motorizadas, por ejemplo, controladas eléctricamente
  4. herramientas eléctricas, de una sola función, ciclo fijo
  5. Herramientas eléctricas, multifuncionales, controladas por programa
  6. herramientas eléctricas, controladas a distancia
  7. Herramientas eléctricas que se activan mediante la pieza de trabajo (por ejemplo, un teléfono de monedas).
  8. medición
  9. control de señalización seleccionado, por ejemplo, control de energía hidroeléctrica
  10. grabación de la actuación
  11. Acción de máquina automatizada alterada mediante medición
  12. segregación/rechazo según la medición
  13. selección del ciclo de acción apropiado
  14. Corrección del rendimiento después de la operación
  15. Corrección del rendimiento durante el funcionamiento

Véase también

Referencias

  1. ↑ Willis, Robert (1861). Principios de Mecanismo: Diseñado para el Uso de Estudiantes Universitarios y Estudiantes de Ingeniería en General . Londres: John W. Parker.
  2. ↑ Jerome (1934) clasifica las máquinas herramienta como "distintas de la fuerza manual". A partir del censo estadounidense de 1900, el uso de energía eléctrica formó parte de la definición de FÁBRICA, diferenciándola de un taller.
  3. ↑ Mecanización y automatización , Comunidad de ingeniería mecánica, consultado el 17 de abril de 2018.
  4. ↑ Temple, Robert; Joseph Needham (1986). El genio de China: 3000 años de ciencia, descubrimiento e invención . Nueva York: Simon and Schuster. pág. 55. ISBN  9780671620288<Basado en las obras de Joseph Needham>{{cite book}}: CS1 mantenimiento: postscript ( enlace )
  5. ↑ McNeil, Ian (1990). Enciclopedia de la historia de la tecnología . Londres: Routledge. ISBN 0-415-14792-1.
  6. 1 2 Roe, Joseph Wickham (1916), Fabricantes de herramientas ingleses y estadounidenses , New Haven, Connecticut: Yale University Press, LCCN 16011753 Reimpreso por McGraw-Hill, Nueva York y Londres, 1926 ( LCCN 27-24075 ); y por Lindsay Publications, Inc., Bradley, Illinois, ( ISBN  978-0-917914-73-7).
  7. 1 2 Musson; Robinson (1969). Ciencia y tecnología en la Revolución Industrial . University of Toronto Press. pág . 69. ISBN  9780802016379.
  8. ↑ Rumeley, Edward A. (agosto de 1910). "El fallecimiento del hombre con la azada" . El trabajo del mundo: una historia de nuestro tiempo . XX : 13246–13258 . Consultado el 10 de julio de 2009 .
  9. ↑ Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). Historia de la energía industrial en los Estados Unidos, 1730-1930, vol. 3: La transmisión de la energía . Cambridge, Massachusetts, Londres: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
  10. 1 2 3 4 5 Jerome, Harry (1934). Mecanización en la industria, Oficina Nacional de Investigación Económica (PDF) .
  11. ↑ "La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos designa la máquina de botellas Owens "AR" como un hito histórico internacional de la ingeniería" (PDF) . 1983. Archivado del original (PDF) el 5 de abril de 2013.
  12. ↑ Bartelt, Terry. Sistemas automatizados industriales: instrumentación y control de movimiento. Cengage Learning, 2010.
  13. ↑ Ayres, RU; Ayres, LW; Warr, B. (2002). Exergía, poder y trabajo en la economía estadounidense 1900–1998, Centro para la Gestión de Recursos Ambientales de Insead, 2002/52/EPS/CMER (PDF) (Informe).
  14. ↑ Motor de combustión interna con un 20 % de eficiencia
  15. ↑ "Motores eléctricos con convertidor de potencia/motor combinado con una eficiencia del 86 %" . Archivado del original el 5 de marzo de 2016. Consultado el 22 de marzo de 2011 .
  16. ↑ 1 litro de combustible rinde 100 brazos durante 24 horas, cuando la eficiencia es del 40%, lo cual nunca es
  17. ↑ Documental casero de Yann Arthus Bertrand también afirma que 1 litro de combustible produce 100 armas durante 24 horas; probablemente a partir del mismo cálculo.
  18. ↑ Ozkan, Burhan (2004). "Análisis de entrada-salida de energía en la agricultura turca" (PDF) . Energía renovable . 29 (1): 39. Bibcode : 2004REne...29...39O . doi : 10.1016/s0960-1481(03)00135-6 . Archivado del original (PDF) el 25 de mayo de 2022. Recuperado el 20 de abril de 2018 .
  19. ↑ Capacidad de trabajo combinada de humanos frente a máquinas
  20. ↑ "Mecanización y su nivel" . Archivado del original el 15 de agosto de 2011. Consultado el 13 de mayo de 2010 .
  21. ↑ básico a avanzado Archivado el 15/08/2011 en Wayback Machine

Lecturas adicionales

  • Jerome, Harry (1934). Mecanización en la industria, Oficina Nacional de Investigación Económica .
  • Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). Historia de la energía industrial en los Estados Unidos, 1730-1930, vol. 3: La transmisión de la energía . Cambridge, Massachusetts, Londres: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.