Reloj mecánicoUn reloj mecánico es un tipo de reloj que utiliza un procedimiento mecánico para medir el paso del tiempo, distinguiéndose de aquellos que miden el tiempo a partir de un fenómeno natural mensurable (como los relojes de sol, las clepsidras, o los relojes basados en la oscilación del cuarzo, que además incorporan componentes electrónicos). Técnicamente hablando, la maquinaria que está en el interior de un reloj se llama calibre, y es producto del diseño relojero. La parte externa y sus ornamentos (llamada caja) pueden ser considerados más bien un producto de la joyería, de manera que algunas marcas de relojes diseñan el parte externa y montan calibres internos de otras manufactureras diferentes. Principios básicosEn su diseño simplificado, un mecanismo de relojería mecánico se compone de tres elementos mínimos:[1] un motor, un rodaje y un órgano regulador. Los dos últimos elementos deben estar unidos por un escape.
Sobre ese esquema básico cada reloj puede incorporar otras funciones (llamadas en relojería complicaciones), como marcar el día del mes o de la semana, o el año, o las fases lunares, subdividir los segundos o hacer sonar una alarma o melodía. Asimismo, cada calibre puede introducir mejoras técnicas, como sistemas antichoque (como el incabloc), sistemas contra el rozamiento, mecanismos para compensar el movimiento del usuario o parar o cargarse de energía con el movimiento del usuario. Hay incluso mecanismos que permiten remontuar un reloj mediante los cambios de temperatura ambiente, como el modelo Atmos. Características técnicas generalesEstos relojes evolucionaron en Europa en el siglo XVII de los relojes accionados por resortes, que aparecieron en el siglo XV. Desde el punto de vista técnico, la relojería mecánica debe su capacidad para medir el tiempo a la invención del mecanismo de escape. A partir del funcionamiento de los grandes relojes de fachada, situados en campanarios y fachadas, y mediante los avances progresivos en materia de micromecánica, se fueron reduciendo los tamaños, hasta llegar a los relojes de pulsera. El funcionamiento de un reloj mecánico está sometido al rozamiento de todas sus piezas, al desgaste de las mismas, a la pérdida de lubricación, a las variaciones de temperatura y humedad, a su vulnerabilidad a los golpes o al movimiento de quien en su caso lo porta, por lo que su precisión es variable, si bien fueron la principal forma de medir el tiempo hasta la aparición en los años 70 de los relojes de cuarzo, basados en la tecnología electrónica, y que son mucho más exactos. Los relojes mecánicos, por esa razón, necesitan un mantenimiento periódico, que si se realiza adecuadamente puede prolongar su vida por décadas, y en los más resistentes y mejor diseñados, por siglos. A pesar de las desventajas en precisión y delicadeza siguen usándose por razones estéticas, sentimentales o de estatus asociadas a su mecanismo o su diseño interior o exterior. Suelen tener un precio mayor a un reloj de calibre electrónico equivalente, si bien muchos relojes mecánicos de fabricación actual pueden tener precios inferiores al de un reloj digital. Hoy en día se siguen fabricando relojes mecánicos, si bien en menor cantidad que antes de la introducción del cuarzo, y se continúan patentando innovaciones y complicaciones mecánicas. Una de las empresas más reconocidas que se dedican a la manufactura de calibres es ETA.[2] Algunas marcas de lujo como Rolex fabrican sus propios calibres, y existen manufactureros más populares, como Seiko, Orient o Raketa, que fabrican relojes muy precisos a precios más bajos. Funcionamiento y partesEl funcionamiento del reloj es sencillo. Manualmente se da cuerda al reloj y el resorte principal del barrilete se enrosca almacenando energía potencial. A través del tren de engranajes se transmite la energía del resorte principal hasta llegar al oscilador. La rueda E gira pero de forma controlada ya que otra fuerza del espiral del oscilador hace que al ser empujado hacia un extremo este reaccione ejerciendo una fuerza contraria, se consigue que el ancora oscile dejando pasar un diente de E cada dos alternancias. Podemos examinar estas cinco partes:
Las piezas esenciales del mecanismo[3] pueden observarse en la imagen a continuación:
Cojinetes de joyas en los relojesVéase también: Cojinete de joya
Los cojinetes de joya fueron inventados e introducidos en los relojes por Nicolas Fatio de Duillier y por Pierre y Jacob Debaufre alrededor de 1702[5][6] para reducir la fricción. No se generalizaron hasta mediados del siglo XIX. Hasta el siglo XX se pulían a partir de diminutos trozos de gemas naturales. En los relojes solían emplearse joyas elaboradas con granates, cuarzo o incluso con cristal, y solo los relojes de alta calidad usaban zafiros o rubíes.[5] En 1902, se inventó un proceso para hacer crecer cristales de zafiro artificiales, lo que hizo que las joyas fueran mucho más baratas. Las joyas de los relojes modernos son todas de zafiro sintético o (normalmente) rubí, hechas de corindón (Al2O3), una de las sustancias más duras conocidas. La única diferencia entre el zafiro y el rubí es que se han añadido diferentes impurezas para cambiar el color, no hay diferencia en sus propiedades como cojinete.[7] La ventaja de utilizar joyas es que su superficie pulida ultradura tiene una fricción menor con el metal. El coeficiente estático de fricción del acero sobre el acero es de 0,58, mientras que la del zafiro sobre acero es de 0,10-0,15.[8] PropósitosLas joyas cumplen dos funciones en un reloj.[9] En primer lugar, una reducción de la fricción puede aumentar la precisión. La fricción en los cojinetes del tren de ruedas y del mecanismo de escape provoca ligeras variaciones en los impulsos aplicados al volante regulador, lo que a su vez genera variaciones en la velocidad de funcionamiento del reloj. La fricción baja y predecible de las superficies de las joyas reduce estas variaciones. En segundo lugar, pueden aumentar la vida útil de los cojinetes. En los cojinetes sin joyas, los pivotes de las ruedas del reloj giran en orificios en las placas que sostienen el movimiento. La fuerza lateral aplicada por el engranaje impulsor provoca más presión y fricción en un lado del orificio. En algunas de las ruedas, el eje giratorio puede desgastar el orificio hasta que tenga forma ovalada, lo que finalmente hace que el engranaje se atasque y detenga el reloj. TiposEn el mecanismo de escape, se utilizan joyas para las partes que funcionan por fricción deslizante:[9]
Los cojinetes que se utilizan son de dos tipos diferentes:
Dónde se utilizan
La cantidad de joyas utilizadas en los movimientos de los relojes aumentó en los últimos desde mediados del siglo XIX, a medida que las joyas se volvieron menos costosas y los relojes más precisos. Los únicos cojinetes que realmente necesitan estar engastados en un reloj son los del tren de ruedas - el reductores de velocidad que transmite la fuerza del resorte motor desde el barrilete al volante regulador - ya que solo ellos están constantemente sometidos a la fuerza del resorte principal.[13] Las ruedas que hacen girar las manecillas (el tren de ruedas) y las ruedas del calendario no están bajo carga, mientras que las que dan cuerda al resorte principal (el tren de ruedas) se utilizan muy raramente, por lo que no se desgastan significativamente. La fricción tiene el mayor efecto en las ruedas que se mueven más rápido, por lo que se benefician más del cojinete de joya. Por lo tanto, el primer mecanismo en engarzarse en los relojes fueron los pivotes del volante, seguidos por el mecanismo de escape. A medida que se añadieron más cojinetes engarzados, se aplicaron a las ruedas de movimiento más lento, y el engarce avanzó por el tren de rodaje hacia el barrilete. Un reloj de 17 rubíes tiene todos los cojinetes desde el volante hasta los cojinetes del pivote de la rueda central engarzados, por lo que se consideraba un reloj "totalmente engarzado".[10] En los relojes de calidad, para minimizar el error de posición, se añadieron piedras de capuchón a los cojinetes de la palanca y de la rueda de escape, lo que suma 21 rubíes. Incluso el eje del barrilete del resorte motor a veces estaba engarzado, lo que sumaba un total de 23 joyas. Cuando se introdujeron los relojes automáticos en la década de 1950, varias ruedas del mecanismo de cuerda automática estaban engarzadas, lo que aumentó el recuento a 25-27. 'Inflación de rubíes'Es dudoso que añadir rubíes además de los enumerados anteriormente sea realmente útil en un reloj.[14] No aumenta la precisión, ya que las únicas ruedas que tienen un efecto sobre el volante, las del tren de ruedas, ya están engastadas. Los Cronómetro marino, los relojes portátiles más precisos, a menudo tienen solo 7 rubíes. El engastado de cojinetes de rueda adicionales tampoco aumenta la vida útil del movimiento; como se mencionó anteriormente, la mayoría de las otras ruedas no se desgastan lo suficiente como para necesitarlos. Sin embargo, a principios del siglo XX, los movimientos de los relojes se habían estandarizado hasta el punto de que había poca diferencia entre Entre sus mecanismos, además de la calidad de la mano de obra, los fabricantes de relojes hicieron del número de rubíes, una de las pocas métricas que diferenciaban los relojes de calidad, un punto publicitario importante, indicándolo de forma destacada en la esfera del reloj. Los consumidores, sin mucho más en qué basarse, aprendieron a asociar más rubíes con mayor calidad en un reloj. Aunque inicialmente esto era una buena medida de calidad, dio a los fabricantes un incentivo para aumentar el número de rubíes. Alrededor de la década de 1960, esta "locura por las joyas" alcanzó nuevas alturas y los fabricantes fabricaron relojes con 41, 53, 75 o incluso 100 rubíes.[13][14] La mayoría de estas joyas adicionales eran totalmente inoperantes; nunca entraban en contacto con partes móviles y se incluían solo para aumentar el número de rubíes. Por ejemplo, el reloj Waltham de 100 rubíes consistía en un movimiento normal de 17 rubíes, con 83 pequeñas piezas de rubí montadas alrededor del rotor de cuerda automática.[15] En 1974, la Organización Internacional de Normalización (ISO), en colaboración con la organización de normas de la industria relojera suiza Normes de l'Industrie Horlogère Suisse (NIHS), publicó una norma, la ISO 1112, que prohibía a los fabricantes incluir este tipo de joyas no funcionales en el recuento de joyas en la publicidad y la literatura de ventas. Esto puso fin al uso de joyas totalmente no funcionales. Sin embargo, algunos expertos dicen que los fabricantes han seguido inflando el recuento de joyas de sus relojes mediante el "enjoyamiento"; agregando cojinetes con joyas funcionales a ruedas que realmente no los necesitan, explotando las lagunas de la ISO 1112.[14] Entre los ejemplos que se dan se incluyen la adición de piedras de remate a los cojinetes de la tercera y cuarta rueda, el enjoyamiento de cojinetes de rueda de minutos y el ratchet pawls de cuerda automática. Podría decirse que ninguno de estos añadidos aumenta la precisión o la longevidad del reloj. ComplicacionesUn reloj mecánico como mínimo presenta la hora, expresada en minutos y horas, y ocasionalmente en segundos. Puede tener fecha día de la semana y día del mes (el llamado fechador). A las funciones añadidas se las llama complicaciones. Existen infinidad de complicaciones. Estas son algunas de ellas: Un reloj mecánico puede tener las siguientes complicaciones:
DiseñoCálculo de engranajesAntes de calcular[16][17] es necesario entender que el mecanismo es un tren, que toma un engranaje de pocas revoluciones o giros por unidad de tiempo, en donde se almacena la energía en un resorte principal(B), el cual se aumenta en velocidad por etapas hasta llegar a (E) que gira a muchas revoluciones por unidad de tiempo. Se supone dos engranajes, la B el barrilete y el piñón c (minúscula). Como el número de dientes del piñón es menor que el de los barriletes, el piñón deberá girar muchas veces para conseguir una sola vuelta de B. Por lo tanto para obtener el número de vueltas que gira el piñón en una vuelta completa de B, se divide el número de dientes del engranaje B por el número de dientes del piñón.
Tomando la figura como referencia supondremos que B tiene 72 dientes y el piñón tiene 12. B/c = 72/12 = 6 vueltas del piñón por una del barrilete En la literatura se encontrará B/c = 6:1 (esto significa que al dar el barrilete una vuelta, si el piñón gira 6 veces entonces el engranaje C de la rueda de minutos también. Son 6 horas) Como ejemplo se tendría: B/c = 72/12 = 6 C/t = 80/10 = 8 T/f = 75/10 = 7,5 F/e= 80/8 = 10 Multiplicando 6*8*7,5*10 =3600 el cual representa el número de vueltas que da el escape por una del barrilete. En otras palabras con este diseño cuando el barrilete gire lentamente una vuelta completa el engranaje E de los segundos habrá girado 3600 veces. Olvidándose del barrilete y dejándolo fuera como si no existiera tendríamos 8*7,5*10 = 600 indicaría que el escape gira 600 veces por una vuelta de C de los minutos. C en 60 minutos debería completar una vuelta, entonces en una hora el engranaje E gira 600 veces. Como todos los cálculos se refieren a la rueda centro se establecen las siguientes fórmulas, volvemos a imaginar que el barrilete no está presente:
La cuarta rueda en todos o casi todos los relojes se diseña para registrar los segundos. Ahora imaginamos que la rueda E de escape no está presente. Por lo anterior la cuarta rueda F de los segundos debe dar 60 vueltas por una de la rueda del centro:
Por lo tanto la regla general es en un tren de engranajes multiplicar todos los números de dientes y dividirlos por el número de dientes de los piñones. El resultado será el número de giros de la última rueda por un giro de la primera Cálculo de las alternanciasUna alternancia es un movimiento del ancora hacia un lado. Dos alternancias hacia un lado y hacia el contrario permiten que se mueva un diente de la rueda de escape E. Luego para calcular el número de alternancias por hora A/h se usa la siguiente fórmula:
Ejemplo cálculo de alternancias:
Ejemplos de alternancias típicas son 18000 A/h por el año 1944. Antes de esa fecha se utilizaban 16200 A/h y 14400 A/h. Actualmente en el 2023 se usa 28800 A/h con los materiales y técnicas actuales. Donde E es el número de dientes de la rueda de escape por ejemplo 15. Una razón debida a que se empezó a utilizar mayores alternancias es que las de 18000 tenían problemas de bloqueo, es decir la oscilación se detenía. Alternancias mayores requieren un resorte de la rueda de balance más fuerte y con la inercia generada por el movimiento rápido hizo que los relojes de pulsera con alternancias más rápidas se impusieran. Con la fórmula anterior y despejando la ecuación es posible calcular el número de dientes que debería tener una rueda en caso de que esta falte o este dañada. Cálculo del número de horas de funcionamientoObviamente debemos saber el número de engranajes del barrilete B y del piñón de la rueda de minutos c.
Por ejemplo:
Como da 7 vueltas y se sabe que una vuelta de la rueda de los minutos es una hora. Entonces el barrilete da un giro completo en 7 horas. Experimentalmente toma unos 5,5 giros enrollar completamente el resorte con la perilla. Entonces el número de horas que funcionara el reloj con esa cuerda completa será 7 por 5,5 aprox. 38,5 horas. Véase tambiénReferencias
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