Mecanización

La mecanización es el proceso de cambiar de trabajar en gran parte o exclusivamente a mano o con animales a hacer ese trabajo con maquinaria. En un texto antiguo de ingeniería, una máquina se define de la siguiente manera:

Toda máquina se construye con el fin de realizar ciertas operaciones mecánicas, cada una de las cuales supone la existencia de otras dos cosas además de la máquina en cuestión, a saber, una potencia móvil y un objeto sujeto a la operación, que puede llamarse el trabajo a realizar. hacerse Las máquinas, en efecto, se interponen entre la potencia y el trabajo, con el fin de adaptar la una a la otra.

En algunos 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 caballo sin engranaje o un burro. Los dispositivos que provocan cambios de velocidad o cambios hacia o desde el movimiento alternativo al giratorio, utilizando medios como engranajes, poleas o poleas y correas, ejes, levas y manivelas, por lo general se consideran máquinas. Después de la electrificación, cuando la mayoría de las máquinas pequeñas ya no funcionaban a mano, la mecanización era sinónimo de máquinas motorizadas.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 de manera automática.

Historia

Tiempos antiguos

Las ruedas hidráulicas datan de la época romana y se usaban para moler el grano y elevar el agua de riego. Los fuelles accionados por agua se usaban en altos hornos en China en el año 31 d.C. En el siglo XIII, las ruedas hidráulicas accionaban los aserraderos y los martillos para tirar de la tela y triturar el lino y, más tarde, los trapos de algodón hasta convertirlos en pulpa para fabricar papel. Se muestran martillos perforadores triturando mineral en De re Metallica (1555).

Los relojes fueron algunos de los primeros dispositivos mecánicos más complejos. Los fabricantes de relojes fueron importantes desarrolladores de máquinas herramienta, incluidas máquinas cortadoras de engranajes y tornillos, y también participaron en el desarrollo matemático de los diseños de engranajes. Los relojes fueron algunos de los primeros artículos producidos en masa, comenzando alrededor de 1830.

Los fuelles accionados por agua para altos hornos, utilizados en China en la antigüedad, estaban en uso en Europa en el siglo XV. De re Metallica contiene dibujos relacionados con fuelles para altos hornos, incluido un dibujo de fabricación.

Los diseños de engranajes mejorados redujeron el desgaste y aumentaron la eficiencia. Los diseños de engranajes matemáticos se desarrollaron a mediados del siglo XVII. El matemático e ingeniero francés Desargues diseñó y construyó el primer molino con dientes epicicloidales ca. 1650. En el siglo XVIII, se empezaron a utilizar engranajes envolventes, otro diseño derivado de las matemáticas. Los engranajes involuntarios son mejores para engranar engranajes de diferentes tamaños que los epicicloidales. Las máquinas cortadoras de engranajes comenzaron a utilizarse en el siglo XVIII.

Revolución industrial

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

La demanda de piezas de metal utilizadas en la maquinaria textil condujo a la invención de muchas máquinas herramienta desde finales del siglo XVIII hasta mediados del siglo XIX. Después de las primeras décadas del siglo XIX, el hierro reemplazó cada vez más a la madera en los engranajes y ejes de la maquinaria textil. En la década de 1840 se desarrollaron las máquinas herramienta de acción automática. Se desarrolló maquinaria para hacer clavos ca. 1810. La máquina de papel Fourdrinier para la producción continua de papel fue patentada en 1801, desplazando el método manual centenario de hacer hojas de papel 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 más uniforme de las semillas y la profundidad de plantación que los métodos manuales, aumentando los rendimientos y ahorrando semillas valiosas. En 1817, se inventó y utilizó la primera bicicleta en Alemania. La agricultura mecanizada aumentó considerablemente a finales del siglo XVIII y principios del XIX con segadoras tiradas por caballos y trilladoras impulsadas por caballos. A fines del siglo XIX, la fuerza del vapor se aplicó a la trilla y aparecieron los tractores a vapor. La combustión interna comenzó a usarse en tractores a principios del siglo XX. La trilla y la cosecha se realizaban originalmente con accesorios para tractores, pero en la década de 1930 se usaban cosechadoras combinadas de accionamiento independiente.

A mediados y finales del siglo XIX, los dispositivos hidráulicos y neumáticos podían impulsar varias acciones mecánicas, como posicionar herramientas o piezas de trabajo. Los martinetes y los martillos de vapor son ejemplos de trabajo pesado. En el procesamiento de alimentos, los dispositivos neumáticos o hidráulicos pueden iniciar y detener el llenado de latas o botellas en un transportador. La dirección asistida para automóviles utiliza mecanismos hidráulicos, al igual que prácticamente todos los equipos de movimiento de tierras y otros equipos de construcción y muchos accesorios para tractores. La energía neumática (generalmente aire comprimido) se usa ampliamente para operar válvulas industriales.

Siglo veinte

A principios del siglo XX, las máquinas desarrollaron la capacidad de realizar operaciones más complejas que antes habían sido realizadas por artesanos expertos. Un ejemplo es la máquina de fabricación de botellas de vidrio desarrollada en 1905. Reemplazó a los sopladores de vidrio y a los trabajadores infantiles muy bien pagados y condujo a la producción en masa de botellas de vidrio.

Después de 1900, las fábricas fueron electrificadas y se usaron motores y controles eléctricos para realizar operaciones mecánicas más complicadas. Esto resultó en procesos mecanizados para fabricar casi todos los bienes.

Categorías

En la fabricación, la mecanización reemplazó a los métodos manuales de fabricación de bienes. Los motores primarios son dispositivos que convierten la energía térmica, potencial o cinética en trabajo mecánico. Los motores primarios incluyen motores de combustión interna, turbinas de combustión (motores a reacción), ruedas hidráulicas y turbinas, molinos de viento y turbinas eólicas y máquinas y turbinas de vapor. El equipo de transporte motorizado, como locomotoras, automóviles, camiones y aviones, es una clasificación de maquinaria que incluye subclases por 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 a los carros y carretillas de mano o de transporte manual.

agricultura mecanizada

• Ver: Agricultura mecanizada
• Ver también: Tecnologías para mejorar la productividad (histórico) Sección 4
• Ver también: lista de maquinaria agrícola

En minería y excavación, las palas mecánicas reemplazaron a los picos y palas. La trituración de rocas y minerales se había realizado durante siglos con martillos perforadores accionados por agua, pero los martillos perforadores han sido reemplazados por trituradoras de minerales y molinos de bolas modernos.

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

El equipo de construcción incluye grúas, mezcladoras de concreto, bombas de concreto, recolectores de cerezas y una variedad de herramientas eléctricas.

Maquinaria motorizada

Hoy en día, la maquinaria accionada generalmente significa motor eléctrico o motor de combustión interna. Antes de la primera década del siglo XX, generalmente se entendía por motor de vapor, agua o viento.

Muchas de las primeras máquinas y máquinas herramienta funcionaban a mano, pero la mayoría cambió a energía hidráulica o de vapor a principios del siglo XIX.

Antes de la electrificación, la energía del molino y la fábrica generalmente se transmitía mediante un eje de línea. La electrificación permitió que cada una de las máquinas individuales fuera impulsada por un motor separado en lo que se llama accionamiento unitario. El accionamiento unitario permitió organizar mejor las fábricas y permitió que diferentes máquinas funcionaran a diferentes velocidades. El accionamiento unitario también permitía velocidades mucho más altas, lo que era especialmente importante para las máquinas herramienta.

Un paso más allá de la mecanización es la automatización. La maquinaria de producción temprana, como la máquina de soplado de botellas de vidrio (ca. 1890), requería mucha participación del operador. En la década de 1920, se utilizaban máquinas totalmente automáticas, que requerían mucha menos atención del operador.

Ver: producción en masa

Uso militar

El término también se usa en el ejército para referirse al uso de vehículos blindados con orugas, en particular vehículos blindados de transporte de personal, para mover tropas que de otro modo habrían marchado o montado en camiones al combate. En terminología militar, mecanizado se refiere a unidades terrestres que pueden luchar desde vehículos, mientras que motorizado se refiere a unidades que van a la batalla en vehículos pero luego desmontan y luchan sin ellos. Así, una unidad de artillería remolcada se considera motorizada mientras que una autopropulsada es mecanizada.

Trabajo mecánico vs trabajo humano

Cuando comparamos la eficiencia de un trabajador, vemos que tiene una eficiencia de alrededor del 1% al 5,5% (dependiendo de si usa los brazos o una combinación de brazos y piernas). Los motores de combustión interna en su mayoría tienen una eficiencia de alrededor del 20 %, aunque los motores diésel grandes, como los que se utilizan para propulsar barcos, pueden tener eficiencias de casi el 50 %. Los motores eléctricos industriales tienen eficiencias de hasta el rango bajo del 90 %, antes de corregir la eficiencia de conversión de combustible a electricidad de alrededor del 35 %.

Cuando comparamos los costos de usar un motor de combustión interna con un trabajador para realizar un trabajo, notamos que un motor puede realizar más trabajo a un costo comparativo. 1 litro de combustible fósil quemado con un motor IC equivale a unas 50 manos de trabajadores que funcionan durante 24 horas o 275 brazos y piernas durante 24 horas.

Además, la capacidad de trabajo combinada de un ser humano también es mucho menor que la de una máquina. Un trabajador humano promedio puede proporcionar un buen trabajo por alrededor de 0,9 hp (2,3 MJ por hora)mientras que una máquina (según el tipo y el tamaño) puede proporcionar una cantidad de trabajo mucho mayor. Por ejemplo, se necesita más de una hora y media de arduo trabajo para entregar solo un kWh, lo que un motor pequeño podría entregar en menos de una hora quemando menos de un litro de combustible de petróleo. Esto implica que una cuadrilla de 20 a 40 hombres requerirá una compensación económica por su trabajo al menos igual a las calorías gastadas en alimentos requeridas (que es al menos 4 a 20 veces mayor). En la mayoría de las situaciones, el trabajador también querrá una compensación por el tiempo perdido, que es fácilmente 96 veces mayor por día. Incluso si asumimos que el costo del salario real para el trabajo humano es de US $ 1,00 / día, se genera un costo de energía de alrededor de $ 4,00 / kWh. A pesar de ser un salario bajo para el trabajo duro, incluso en algunos de los países con los salarios más bajos,

Niveles de mecanización

Para simplificar, se puede estudiar la mecanización como una serie de pasos. Muchos estudiantes se refieren a esta serie como una indicación de formas básicas a avanzadas de sociedad mecánica.

1. mano/fuerza muscular
2. herramientas manuales
3. herramientas manuales motorizadas, por ejemplo, eléctricas
4. herramientas motorizadas, función única, ciclo fijo
5. herramientas motorizadas, multifunción, controladas por programa
6. herramientas motorizadas, a control remoto
7. herramientas motorizadas, activadas por la pieza de trabajo (p. ej., teléfono con monedas)
8. medición
9. control de señalización seleccionado, por ejemplo, control de energía hidroeléctrica
10. grabación de rendimiento
11. acción de la máquina automatizada alterada a través de la medición
12. segregación/rechazo según medida
13. selección del ciclo de acción apropiado
14. corregir el rendimiento después de la operación
15. corrección del rendimiento durante el funcionamiento