Hola ¿Sabes a que se refieren cuando te preguntan sobre potencia mecánica? Es precisamente lo que responderemos el día de hoy, cada equipo que utilizamos en nuestra vida diaria como el automóvil, la aspiradora, la computadora, incluso, aquella maquinaria utilizada en una industria tienen un fin común, ser de utilidad para el ser humano.

En nuestra vida nos vemos sumergidos día con día en nuestra rutina sin darnos cuenta de ciertos sucesos a nuestro alrededor, pero, si miras detenidamente podrás percibir que todos los objetos y personas están en constante movimiento, incluso, si están aparentemente quietos.

Quizá has experimentado la curiosidad por saber qué le habrá ocurrido a una computadora cuando se descompone o por que las refacciones de cierta equipo deben de tener ciertas características. Esto probablemente se deba a que es necesario considerar:

• La capacidad.
• Tiempo de vida.
• El tipo de energía que requiere.
• Y la potencia (sea eléctrica, de presión o resistencia al calor) de tu equipo para que trabaje correctamente.

En este post aprenderemos todo sobre la potencia mecánica y, espero que al final hayas despejado todas tus dudas, así que comencemos con este gran tema.

 ¿Qué significa la potencia mecánica? ¿Es de verdad tan importante? A partir de este momento te explicaré este importante concepto, entenderás el proceso que se lleva a acabo para encender o para moverse un objeto, esto te permitirá identificar más fácil si existe un problema en los equipos, y así, brindarles un mantenimiento oportuno evitando fallas graves.

Fundamentos de la potencia mecánica

Podemos decir que  una máquina funciona debido a la corriente eléctrica, pero no es del todo correcto, es verdad que se necesita la aplicación de una energía a través del tiempo que provoque una fuerza, en muchos de los casos la fuente de energía si será eléctrica, no obstante, será transformada en potencia mecánica que hará que se mueva todo el conjunto de componentes que tiene y realizará el fin por la que se creó.

Para poder entender el término “potencia mecánica” es necesario analizar de antemano los dos conceptos fundamentales que lo componen.

Potencia

El primer concepto fundamental es la potencia, este término tiene su origen en el latín “potentia” que significa “cualidad del que tiene el poder”. En términos de la física, es posible definir este concepto de dos formas diferentes, por ejemplo, podemos definirla como:

Fórmulas de potencia mecánica

• La cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo.

Donde:

• P es la potencia medida en watts (W).
• W es el trabajo medido en julios (J).
• t es el tiempo en segundos (s).

Aunque, también es la rapidez con que se realiza un trabajo:

Potencia = Fuerza * Velocidad

• Otros autores señalan que la  potencia refiere a la velocidad con la que es posible realizar un trabajo y se gasta energía en ello, observaras que implica entender que se entiende por trabajo, rapidez y velocidad: si consideramos que el trabajo está presente cuando se le aplica una fuerza a un cuerpo logrando un desplazamiento. El trabajo es igual a:

Trabajo (T) = Fuerza (F) * distancia (d)

Entendiendo a la fuerza como “la acción de un cuerpo sobre otro” que tiende a producir o anular movimiento:

• La fuerza se mide en Newton.
• Mientras que la rapidez es una magnitud escalar que relaciona a la distancia (recorrido completo de un objeto desde que comenzó a moverse hasta que terminó) y el tiempo.
• En contraste la velocidad es una cantidad vectorial que relaciona el cambio de posición o desplazamiento (distancia que hay de un punto inicial a uno final) con el tiempo.

Por lo tanto, y con base en todos estos conceptos podemos crear una definición de potencia.

Una fuerza que se genera por un tipo de energía que aplica un trabajo sobre un objeto produciendo o anulando movimiento sobre este.

• Según las unidades de medida implicadas en las fórmulas y, tomando en cuenta al Sistema Internacional de Unidades, es importante señalar que la potencia se le mide generalmente por watt [w].

Mecánica

Desde el punto de vista etimológico, la mecánica procede del latín “mechanĭca” y a su vez del griego «μηχανικη» (mēchanikē) que significa “relativo a la máquina”. Por tanto, el concepto refiere al diseño, construcción y uso de maquinaria o estructuras mecánicas.

• Es decir que la potencia estudiada es la que encontramos en el funcionamiento de una máquina.

Es por ello que el segundo concepto fundamental que tenemos que comprender es la mecánica:

La cual es la ciencia física más antigua encargada de estudiar los cuerpos en reposo (Estática) y aquellos en movimiento bajo la influencia de una o varias fuerzas (Dinámica).

La relación con la potencia recae en la existencia necesaria de una fuerza que con determinada potencia genere un trabajo que cree o anule el movimiento. Evento por demás estudiado por la mecánica.

¿Qué es la potencia mecánica?

Después de esta pequeña introducción y conceptos vistos, podemos crear un definición de potencia mecánica.

La potencia mecánica es cuánto trabajo realiza un equipo en determinada cantidad de tiempo. Inicia desde que se pone en marcha una maquinaria y hasta que transcurre determinada cantidad de tiempo.

¿Cómo funciona la potencia mecánica?

Para responder, te dejo esta lista de puntos que explican el funcionamiento de la potencia mecánica:

• Según la cantidad de energía proporcionada a cierto equipo y según el tiempo durante el cual se aplique la potencia será traspasada a todo el mecanismo de manera constante, a menos que tenga integrado métodos de variación electrónicos.
• Una máquina puede variar la cantidad de energía que se proporciona en un tiempo determinado, es decir su potencia. Con el fin de que funcione de una u otra manera.
• El sistema de componentes que transmiten toda la potencia a toda la maquinaria es el de transición de potencia.
• La cantidad de mecanismos y componentes que permiten la transmisión de potencia son variados y dependerá del tipo de maquinaria, así como las especificaciones del fabricante.
• Los fabricantes del equipo suelen especificar la potencia que debe tener como mínimo y como máximo. En caso de que se le establezcan otras condiciones puede resultar dañino para el equipo y afectar la actividad o producto  que esté realizando.

¿Por qué es importante entender la potencia mecánica?

Conocer la potencia mecánica que tienen los objetos te permitirá medir la cantidad de tiempo que tardas en crear un producto o hacer una actividad en concreto.

Por ejemplo:

• Podrás saber qué tipo de refacciones requieres (que aguanten determinada potencia) para reparar algo y evitar dañar el equipo (en caso de hacer modificaciones o sobrecargar su actividad).
• También podrás darle un mantenimiento adecuado, tanto al motor como a todo el sistema de trasmisión de tu maquinaria.
• Recuerda que entre más conozcamos cómo funciona algo mayor provecho podremos sacarle.

Eficiencia

La potencia de las máquinas está muy relacionada a la eficiencia que se obtiene de ellas, ya que, al aplicar un tipo de energía al equipo, se tienen costos operativos, tales costos deben ser solventados por el valor de producción que se tiene.

Si, una maquinaria tiene una potencia baja, comparado con la energía suministrada, quizá requiera de un mantenimiento correctivo y, quizá considerar la opción de adquirir otra con mayores beneficios, tanto en gasto de energía como de potencia.

Existe un límite, el superior del 100 % que viene impuesto por la ley de la conservación de la energía; es decir:

Ninguna máquina puede producir más energía mecánica de la que se le introduce en cualquiera de las formas posibles.

Este  límite es muy importante y debes acatarlo, tanto para evitar accidentes como para evitar altos grados de contaminación.

En todo esto existe una transformación de energía y es precisamente lo que veremos a continuación.

Transformación de energía

Aquí te dejo una guía sobre cómo se realizan las transformaciones de energía primaria y secundaria entre sí:

La potencia mecánica requiere de fuentes de energía primaria que generen trabajo, tales como:

• La energía solar.
• Energía nuclear.
• O la energía química.
• Las energías como la eléctrica, eólica o la hidráulica son fuentes secundarias que siempre partirán de una fuente primaria.

Ejemplos transformación de la energía

No bastará que tengas una fuente de energía, en muchas ocasiones es necesario un sistema que permita transformar esa energía en otras dependiendo del ente o maquinaria encargada de ejercer la fuerza, por ejemplo, cuando pretendes mover un caja a una determinada distancia necesitarás:

• Obtener energía previamente a realizar un proceso químico con los alimentos que consumimos.
• Nuestro sistema digestivo transforma  los nutrientes en energía calórica que nos permite movernos.
• Con nuestro brazo podemos aplicar una fuerza a la caja para moverla.
• Al llevar a cabo el proceso se generará un trabajo.

Ahora bien, la potencia que apliquemos dependerá de la fuerza que apliques, el tiempo que tardemos en mover la caja y el peso mismo de la caja.

• En las máquinas el proceso es similar solo que con diferentes tipos de energía y fuerza.

Otro ejemplo sencillo es que, al encender tu vehículo necesitas:

• Una batería que almacena energía eléctrica.
• Dicha batería es necesaria para iniciar el motor que transforma tal energía a energía mecánica.
• Además, dicha energía se distribuye en las instalaciones eléctricas integradas en tu vehículo.
• Al mismo tiempo, en el motor se inicia un proceso de transformación en cuatro tiempos: admisión, compresión, explosión y escape; donde por medio de reacciones químicas se transforma el combustible que será energía mecánica que permitirá el movimiento del vehículo.
• Dependiendo de la velocidad y la fuerza que aplique el proceso de combustión será el valor de la potencia mecánica.

Ejercicios de potencia mecánica

Para aterrizar todo lo que hemos visto hasta este momento hagamos un par de ejercicios para que te quede claro como es que aplicamos el concepto de potencia mecánica.

Ejercicio 1: Potencia del motor de un auto

Imagina que el motor de tu automóvil realiza un trabajo (W) de 300 Joules en 1 segundo (t) ¿Cuál será la potencia del motor?

• Utilicemos una de las formulas que vimos anteriormente y sustituyamos los valores:

P = 300 / 1 = 300 [W]

Ejercicio 2: potencia necesaria para levantar una caja del suelo

Para este segundo ejemplo, imagina que vas a levantar una caja del suelo, donde:

• La caja pesa 3 kilogramos.
• La altura a donde deseas colocarla se encuentra 2 metros por arriba del suelo.
• El tiempo que te tardo en realizar el trabajo fue de 3 segundos y lo hiciste a una velocidad constante.

¿Cuál es la potencia utilizada para levantar la caja?

Para este ejemplo debemos aplicar una fuerza al objeto para poderlo mover, debido a esto podemos utilizar la formula: P = F * V que vimos anteriormente, así que resolvamos este ejercicio.

1 Calcular la fuerza necesaria, para ello debemos conocer el peso

Para calcular la fuerza necesaria primero debemos conocer el peso del objeto, ya que al moverlo, la fuerza que experimentará será la de la gravedad, entonces:

Peso = masa * gravedad

Peso = 3 [kg] * 9.8 {m/s²} = 29.4 {N}

La fuerza que requerimos par amover el objeto es de: 29.4 {N}

2 Calcular la velocidad a la que movemos el objeto

Para obtener la velocidad debemos recordar que: la velocidad es igual a la distancia entre el tiempo: v = d/t

Y dada que la velocidad se considera constante, podemos sustituir y tendremos lo siguiente velocidad:

v = 2 [metros] / 3 [segundos] = 0.666 [m/s]

3 Calcular la potencia

En este punto ya tenemos todos los datos necesarios para obtener la potencia que se requiere para mover dicha caja, así que solo debemos sustituir y operar:

Potencia = fuerza * velocidad

P = 29.4 [N] * 0.666 [m/s] = 19.58 [W]

La potencia necesaria es de 19.58 watts

Transmisión de potencia mecánica

La trasmisión mecánica es la encargada de enviar la potencia a todo el sistema mecánico tanto para mantener, incrementar o reducir la velocidad y el toque (“es el producto de una fuerza por la longitud”).

La  mayoría  de  los  mecanismos  o  sistemas  tienen una  transmisión  de potencia por medio algún tipo de energía ya sea Eléctrica, Mecánica, Hidráulica, Neumática y Térmica, las cuales, al transformarse producen un trabajo, el cual, casi en su totalidad es mecánico.

El objetivo principal de la transmisión de potencia es llevar a todos los componentes integrados la energía producida por el sistema motor a fin de producir un movimiento que cumpla las finalidades para las que fue construido.

Tipos de transmisión de potencia mecánica

Existen tres formas para transmitir una fuerza:

Por fricción

Se presenta al frotar dos superficies, un ejemplo de esto son las poleas que usan los pintores de fachadas.

Por engranajes

Existe una transmisión por engranajes, es la más usada y se da cuando entran en contacto dos o más elementos entrelazados de forma que al aplicar fuerza en uno de ellos, los demás se moverán en secuencia en una posición de toma. Los engranajes son montados en ejes y cojinetes, se acoplan junto a un medio de lubricación, sellos de aceite y respiradores.

Su estructura requiere de un mantenimiento que toma en cuenta:

• El tipo de engranajes.
• Carga de la unidad.
• La inspección periódica.
• Y, si estas estructuras, son las especificadas en el manual del fabricante.

Por cadena

La siguiente forma es una variable de la transmisión por engranaje, por el uso de cadena dentada, no se establece una  posición de toma, pero los componentes siguen unidos mediante la cadena. Su mantenimiento mayormente preventivo que consiste en:

• Revisar la alineación.
• Revisar la tensión de la cadena y el desgaste de los dientes (punto importante).
• Proteger la cadena de elementos externos.
• Limpieza del sistema de polea y cadena.
• La lubricación es crucial, debe ser conforme a especificaciones del fabricante.

Por líquidos

La última posibilidad requiere de un líquido entre el elemento que impulsa y los que requieren ese impulso, las máquinas de coser industriales tienen aceite. Algunos autores señalan otros tres tipos de transmisión de potencia:

Transmisión de potencia por banda

• Es una variación de la transmisión de cadena, donde el componente que une a elementos aislados es una banda gruesa elástica capaz de impulsar.
• Esta forma de transmisión requiere de poco mantenimiento y la revisión ocasional de la tensión de la banda.

Su mantenimiento periódico consiste principalmente en cuatro puntos:

• Revisar la tensión de banda.
• Revisar alineamiento de poleas.
• Evitar la suciedad y retirar elementos extraños (pertenecen al sistema)
• Revisar desgastes en bandas y en las poleas

Transmisión de potencia por coplee

• Los coplees transmiten el par torsional requerido desde el eje impulsor.
• Compensan el desalineamiento angular o paralelo de los ejes.
• Es importante elegir correctamente la calidad de las piezas y proteger los coplees de condiciones externas.

Vídeo de potencia mecánica

Todas las máquinas y sistemas tecnológicos que conoces funcionan a través de un conjunto de mecanismos eléctricos y mecánicos que utilizan energía (por lo regular eléctrica) para encender y mover sus componentes a una determinada potencia necesaria que será constante (a menos que tenga un sistema de cambio que modifique la potencia) para mantener en función al equipo.

Conocer la potencia mecánica que tienen los objetos te permitirá medir la cantidad de tiempo que tardas en crear un producto o hacer una actividad en concreto. Podrás saber qué tipo de refacciones requieres (que aguanten determinada potencia) para reparar algo y evitar dañar el equipo (en caso de hacer modificaciones o sobrecargar su actividad).

También podrás darle el mantenimiento más adecuado, tanto al motor como a todo el sistema de trasmisión de tu maquinaria. Recuerda que entre más conozcamos cómo funciona algo mayor provecho podremos sacarle.

La potencia de las máquinas está muy relacionada a la eficiencia que se obtiene de ellas, ya que al administrar un tipo de energía al equipo que produce costos operativos. Tales costos deben ser solventados por el valor de producción que se tiene.

Pero entonces ¿Qué es la potencia mecánica? es cuánto trabajo realiza un equipo en determinada cantidad de tiempo. Inicia desde que se pone en marcha una maquinaria y hasta que transcurre determinada cantidad de tiempo.

No bastará que tengas una fuente de energía, en muchas ocasiones es necesario un sistema que permita transformar esa energía en otras dependiendo del ente o maquinaria encargada de ejercer la fuerza.

La potencia mecánica funciona dependiendo de la cantidad de energía proporcionada a cierto equipo y según el tiempo durante el cual se aplique la potencia será traspasada a todo el mecanismo de manera constante, a menos que tenga integrado métodos de variación electrónicos. Pero también requiere un sistema de transmisión de potencia que permite enviar la potencia a cada parte del equipo.

La trasmisión mecánica es la encargada de enviar la potencia a todo el sistema mecánico tanto para mantener, incrementar o reducir la velocidad y el toque (“es el producto de una fuerza por la longitud”).

Existen tres formas para transmitir una fuerza: por fricción, por engranajes, por cadena y por líquidos. Otros autores agregan como tipos de transmisión a la transmisión por banda y transmisión de coplee. Cada tipo de transmisión requerirá de diferentes componentes y un tipo diferente de mantenimiento.

¿Ya sabes que tipo de potencia y sistema de transmisión tiene tu equipo?