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.

Características

A la hora de diseñar estos mecanismos tenemos que tener en cuenta que:
La longitud del brazo de la manivela determina el movimiento del pie de la biela (carrera), por tanto, hemos de diseñar la manivela con longitud mucho más corta que la biela.
Para que el sistema funcione adecuadamente se se deben emplear bielas cuya longitud sea, al menos, 4 veces el radio de giro de la manivela a la que está acoplada.

Cuando tenemos que transformar movimiento giratorio en alternativo, el eje de la manivela es el elemento motriz y el pie de biela se conecta al elemento resistente (potencia útil). Esto hace que la fuerza aplicada al eje se reduzca en proporción inversa a la longitud de la manivela, por lo que cuanto mayor sea la manivela menor será la fuerza que aparece en su empuñadura y consecuentemente en el pie de la biela.

Las cabezas de las bielas deben de estar centradas en la empuñadura sobre la que giran, por lo que puede ser necesario aumentar su anchura (colocación de un casquillo).

este vídeo hace alusión a las características del sistema biela manivela 

Utilidad

Ambos sistemas (biela-manivela y excéntrica-biela) permiten convertir el movimiento giratorio continuo de un eje en uno lineal alternativo en el pie de la biela. También permite el proceso contrario: transformar un movimiento lineal alternativo del pie de biela en uno en giratorio continuo en el eje al que está conectada la excéntrica o la manivela (aunque para esto tienen que introducirse ligeras modificaciones que permitan aumentar la inercia de giro).

Este mecanismo es el punto de partida de los sistemas que aprovechan el movimiento giratorio de un eje o de un árbol para obtener movimientos lineales alternativos o angulares; pero también es imprescindible para lo contrario: producir giros a partir de movimientos lineales alternativos u oscilantes.

En la realidad no se usan mecanismos que empleen solamente la manivela (o la excéntrica) y la biela, pues la utilidad práctica exige añadirle algún operador más como la palanca o el émbolo, siendo estas añadiduras las que permiten funcionar correctamente a máquinas tan cotidianas como: motor de automóvil, limpiaparabrisas, rueda de afilar, máquina de coser, compresor de pistón, sierras automáticas.

en este vídeo se pone en evidencia la utilidad del sistema biela manivela.

¿Que es el sistema biela manivela?

 El sistema biela manivela esta constituido por un elemento giratorio denominado manivela, conectado a una barra giratoria llamada biela de modo que cuando gira la manivela, la biela esta forzada a avanzar y retroceder sucesivamente. 
Este mecanismo transforma el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo.
Es un sistema reversible, lo que quiere decir que también puede funcionar para convertir un movimiento lineal alternativo en otro de giro, como en el caso de un pistón dentro del cilindro en el motor de un automóvil, donde la manivela se ve obligada a girar.