MECANISMO BIELA-MANIVELA - Definición - Significado

Sistema cinemático que tiene la función de transformar un movimiento giratorio en uno rectilíneo alternativo y viceversa. Este mecanismo se aplica en todas las máquinas alternativas de pistones, tanto motrices (motores de vapor o de combustión interna) como operadoras o de trabajo (bombas y compresores de pistón).

El mecanismo biela-manivela está constituido por una parte giratoria (manivela) y por una guía rectilínea (generalmente el cilindro) unidas mediante una biela; en los motores de combustión interna con varios cilindros, las manivelas están situadas sobre un> solo cigüeñal. La guía rectilínea sirve para equilibrar los esfuerzos laterales que se crean a causa de la diferente dirección de la fuerza que actúa sobre el pistón (que es vertical dirigida hacia abajo) y las reacciones de la biela, orientadas según la recta que une la muñequilla con el bulón del pistón (son verticales, por tanto, sólo en correspondencia con los puntos muertos).

Para equilibrar las solicitaciones se emplean dos métodos diferentes: en los grandes motores marinos, el pistón está sujeto a una barra rígida, rectilínea y vertical, unido a la biela mediante una *cruceta, es decir, una corredera que absorbe sobre una guía los empujes laterales; otro método más sencillo consiste en descentrar el cilindro respecto al eje de rotación del cigüeñal, de modo que la inclinación de la biela respecto al cilindro sea mayor que lo normal durante una de las carreras y menor durante la otra. Puesto que la fuerza lateral es proporcional a la presión sobre el pistón y a la inclinación de la biela, manteniendo la biela menos inclinada durante la fase activa (expansión), se obtendrá una correspondiente disminución de dicha fuerza en el momento de mayor solicitación.

El movimiento del pistón no es regular, pues a rotaciones constantes del cigüeñal debería corresponder un movimiento armónico solamente si la biela fuese de longitud infinita, mientras que, en las construcciones prácticas, el movimiento del pistón se desvía del movimiento armónico en proporción al aumento de la relación X, entre el radio de manivela r y la longitud de la biela 1.

En un mecanismo biela-manivela con el cilindro centrado, a una rotación de a grados de la manivela corresponde un desplazamiento x del pistón según la ley:

x = r (1-cos a) + I (1-Vi-),2 sen2 a).

Obteniendo 1U ley de variación de la velocidad del pistón (siempre función de l) se comprueba que ésta es máxima cuando el brazo de manivela y la biela son perpendiculares; por tanto, cuanto más corta es una biela respecto al radio de manivela, tanto más elevada será la velocidad del pistón en la parte superior de su carrera y más baja en la parte inferior.

Por tanto, la longitud de una biela, aunque se establezca en función de los problemas de peso y de dimensiones, influye de manera esencial sobre muchas características de un motor alternativo (solicitaciones, puesta en fase, velocidad del pistón, etc.). Especialmente, las diferencias de velocidad que se producen entre los puntos simétricos de las dos mitades de la carrera y, por tanto, la diferente aceleración, crean fuerzas alternativas de orden superior (segundo, tercero, etc.). (*Equilibrado.)