Reloj mecánico

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Un 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 básicos[editar]

Mecanismo básico de escape, en este caso de un reloj cuyo péndulo hace de oscilador

En 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.

  • El motor suele ser un muelle o resorte (también llamado resorte principal) que acumula energía. Normalmente es una lámina de metal que se enrolla sobre sí misma, acumulando la energía que hace moverse a todo el mecanismo. Al proceso de enrollar el muelle se le llama dar cuerda, o más propiamente, remontuar, algo que en los relojes mecánicos más simples debe hacerse periódicamente.
  • El motor transmite su energía a un tren de rodaje o conjunto de ruedas que descomponen esa energía acumulada. A los ejes de esas ruedas irán unidas las agujas (o más propiamente, las manecillas) que desde el exterior del mecanismo permiten consultar la hora en una esfera. Las ruedas giran de manera solidaria, de manera que la rueda de las horas da una vuelta completa cada doce horas, y al hacerlo hace girar la de los minutos una vez cada hora, que a su vez hace girar la de los segundos una vez cada minuto. La perfecta coordinación entre las agujas se consigue mediante el estudio de los radios y la medición de los dientes de cada engranaje.
  • El tercer elemento es el oscilador o regulador. Se encuentra en el otro extremo del tren de rodaje, y sirve para contener y dosificar la energía liberada por el motor. De no existir el oscilador y el escape que lo une al tren de rodaje, toda la energía acumulada se descargaría sin control. Para evitar eso, es necesario dosificar esa descarga, y de eso se encarga el oscilador, un elemento que funciona de manera alterna (normalmente mediante un giro) y que acciona el escape, que a su vez libera el tren de rodaje para que avance un poco con cada movimiento del oscilador, haciendo girar así las manecillas del reloj hacia adelante con velocidad constante. Ese mecanismo (oscilador y escape) es lo que produce el característico "tic-tac" de todos los relojes mecánicos.

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. Así mismo, cada calibre puede introducir mejoras técnicas, como sistemas antichoque (como el incabloc), sistemas contra el rozamiento, mecanismos para compensar el movimientos del usuario o para 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.

Video explicativo del funcionamiento de un reloj mecánico

Características técnicas generales[editar]

Estos 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.

Reloj de pulsera mecánico

A pesar de la desventaja 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 Watch Company (conocida como Orient) o Raketa, que fabrica relojes muy precisos a precios más bajos.

Funcionamiento y partes[editar]

El funcionamiento del reloj es sencillo. Manualmente se da cuerda al reloj y el resorte principal del barrilete se enrosca almacenando energía cinética. 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:

  1. Energía (del barrilete B)
  2. Ruedas o engranajes (de B C T F y E)
  3. Escape ( pieza en contacto con E)
  4. Regulador (rueda con resorte muy delgado que oscila)
  5. Pantalla (que permite ver la hora)

Las piezas esenciales del mecanismo[3] pueden observarse en la imagen a continuación:

Movimiento típico de un reloj mecánico. Se destaca el tren de engrajes.
  • El barrilete o cubo:
    Barrilete
    Letra B en la figura, es una caja circular que contiene el muelle real o cuerda o resorte principal, que es una lámina de metal dentro del barrilete enrollada en forma de espiral. Un extremo llamado ojete se engancha en el eje del tambor del barrilete el otro extremo se llama brida y va sujeto a una parte interior del tambor. El Cubo tiene tres partes: el tambor que contiene un engranaje solidario a él, una tapa que cubre la cuerda y un eje. Su función es dar energía al reloj a través del resorte principal usando el engranaje fijo al barrilete.
  • Tren de rodaje: son todos los engranajes principales involucrados en el reloj desde el solidario al barrilete B hasta la rueda de escape E. Los engranajes tienen piñones al centro fijos a estos por lo tanto si se mueve el engranaje C mayúscula también lo hace el piñón c minúscula. Su función es aumentar el número de revoluciones por unidad de tiempo desde el barrilete que gira muy lento hasta los engranajes de minutos y segundos. También permitirá a través de un diseño inteligente de dientes de engranajes que cada uno gire una vuelta completa en una hora (mostrando los minutos).
  1. Barrilete o rueda primera: Designado con letra B
  2. Centro o rueda segunda: Etiquetado con letra C, es la rueda de los minutos. Normalmente la aguja que marca los minutos se ubica en el centro de este engranaje. Da una vuelta completa en 60 minutos.
  3. Rueda tercera: Designado con letra T, su función es cambiar el sentido de giro. Si esta rueda no existiera la aguja de los minutos giraría en un sentido y el de los segundos al contrario. También es necesaria para conseguir las 3600 vueltas de la última rueda de escape E.
  4. Cuarta rueda: Designado con la letra F. Habitualmente mide los segundos
  5. Rueda de escape: Es el último engranaje que está en contacto con el oscilador.
  • Rueda de balance o Volante: Extremo derecho en la figura. Es la rueda que vibra oscilando en un sentido y luego en el contrario que está conectada al espiral. Su objetivo es oscilar y sacar de reposo al ancora.
  • Regulador: Como los engranajes son fijos, para modificar la precisión del reloj se hace actuando sobre el regulador, que gobierna el largo de la espiral. Mientras más largo menor frecuencia.[4]
  • Espiral: Extremo derecho en la figura. Es un fino alambre un extremo está sujeto al volante del oscilador y el otro a una parte fija del reloj. Esta parte fija puede moverse así adelante o hacia atrás levemente para atrasar o adelantar el reloj, según indicaciones grabadas en el calibre.
  • Ancora: Es una pieza normalmente con un extremo en el oscilador y otro en forma de c en contacto con la rueda de escape (E). Su función es evitar que todas la cuerda se pierda en un giro rápido y descontrolado. Su función es frenar y con ayuda del regulador pasar un engranaje a la vez de E cada dos oscilaciones o alternancias.
  • Escape: Es un grupo de piezas formadas por la rueda de escape (E). el ancora y el platillo ubicado al centro del volante. Convierte el movimiento rotatorio en oscilatorio.
joya de soporte y de coronamiento en pivote rueda de balance
joya de soporte común
  • Joyas: Se usan para reducir la fricción y reducir la energía necesaria para mover las diferentes partes. Están hechas de rubí sintético generalmente.Originalmente se usaban piedras naturales, pero sólo en los relojes más finos. Pero ahora hay disponibles zafiros y rubíes sintéticos de poco costo. La causa de la inexactitud de un reloj es el desgaste causado por la fricción. Debido a su dureza, las piedras son ideales como cojinetes para los puntos de mayor desgaste - los puntos donde giran los pivotes de las ruedas o engranajes. El número de piedras comúnmente usado varía de siete a 23. Para una buena protección contra el desgaste, el reloj pulsera convencional debe tener por lo menos 17 - 10 para los cinco engranajes principales, dos para los diminutos dedos de la palanca de escape y el resto en otras partes del escape. En los relojes con sólo siete piedras, éstas se hallan instaladas en el escape - el mecanismo más crítico de todos - pero no existen en el tren de engranajes o ruedas. Además de las 17 piedras básicas, algunos relojes hasta las tienen dobles que se instalan sobre los cojinetes para impedir la entrada del polvo y la salida del aceite. De nada sirve usar más de 22 ó 23 piedras, excepto en algunas piezas de tipo especial. En el pasado, algunos joyeros instalaban algunas piedras adicionales que no cumplían ningún fin; lo hacían sólo para impresionar al comprador. Las leyes suizas y norteamericanas prohíben esto ahora; sólo se puede dar a conocer el número real de piedras funcionales en un reloj.
  • antichoque: Para proteger contra los choques del reloj a los ejes, se usan varios sistemas antigolpes como el Incabloc, el etachoc (ETA) o el diaschock (Seiko).



Donde se usan las joyas en los relojes[5] [6] [7]
Reloj de 7 joyas - Tiene las siguientes joyas:
  • 1 elipse (joya clavija de platillo)
  • 2 en áncora
  • 2 joyas de soporte en eje de volante
  • 2 joyas de coronamiento en eje de volante
Reloj de 11 joyas - añade:
  • 2 joyas de soporte en báscula (lever)
  • 2 joyas de soporte en rueda de escape
Reloj de 15 joyas - añade:
  • 2 joyas de soporte rueda cuarta
  • 2 joyas de soporte rueda tercera
Reloj de 17 joyas - añade:
  • 2 joyas de soporte rueda centro
Reloj de 21 joyas- añade:
  • 2 joyas de coronamiento en báscula (lever)
  • 2 joyas de coronamiento en rueda de escape
Reloj de 23 joyas - añade:
  • 2 joyas de soporte en barrilete
Relojes automáticos añaden 4 o más

en el mecanismo para dar cuerda, con un total de 25-27 joyas

Complicaciones[editar]

Movimiento Tourbillon de reloj marca Stührling(high resolution).

Un 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:

  • Reloj automático —para eliminar la necesidad de dar cuerda al reloj, este mecanismo da cuerda al resorte principal usando el movimiento natural de la muñeca con un mecanismo con un peso rotatorio.
  • Calendario— muestra la fecha, el día de la semana, el mes, el año. relojes de calendario simple no tienen en cuenta el largo de los meses (28, 30 y 31 días), necesitan que el usuario cambie la fecha 5 veces en el año, pero el calendario perpetuo cuenta con esto y considera además años bisiestos.
  • Alarma, Una campana que puede ser configurada para sonar.
  • Cronógrafo, un reloj con funciones adicionales de parada. Los botones en el dial, detienen y reanudan la marcha de la manecilla de los segundos y las colocan en cero. Por lo general varios sub diales muestran el tiempo que transcurre en unidades mayores.
  • Hacking, en los relojes militares, un mecanismo que para la manecilla del segundero mientras el reloj está funcionando. Esto habilita la sincronización de los relojes al segundo. Hoy en día es una característica común.
  • Fases de la luna, señala la fase de la luna con la cara de la luna en un disco.
  • Indicador de reserva de energía, en algunos relojes automáticos, es un dial que muestra cuanta energía, almacenada en el resorte principal, le queda al reloj, generalmente en términos de horas restantes.
  • Repetidor—un reloj que emite campanadas de las horas al presionar o mover un botón. Esta exclusiva complicación fue usada para poder saber la hora en la oscuridad antes de que estos tuvieran iluminación artificial. Solo se encuentra en relojes de lujo extremadamente caros.
  • Tourbillon, una cara característica diseñada originalmente para hacer el reloj más preciso, pero ahora solamente es una demostración de la virtuosidad de la relojería. En un reloj común la rueda de balance oscila a diferentes tasas, por el sesgo introducido por la gravedad cuando el reloj pasa por diferentes posiciones. En el tourbillon, la rueda de balance se monta en una jaula rotatoria, de tal forma que sufre la misma influencia de la gravedad en todas las direcciones. El mecanismo casi siempre se expone en la parte delantera para mostrarlo.

Diseño[editar]

Cálculo engranajes[editar]

Antes de calcular[8] [9] es necesario entender que el mecanismo, es un tren, que toma una engranaje de pocos revoluciones o giros por unidad de tiempo, en donde se almacena la energía en un resorte principal(B) el cual se aumenta en velocidad de 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.

 \frac{B}{c} = \text{número de vueltas del piñón c}

Tomando la figura como referencial 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 el barrilete dará una vuelta y 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 segundo 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:

 	\frac{CTF}{tfe}=\frac{80 \times 75 \times 80}{10 \times 10 \times 8} = 600 \text{ vueltas de la rueda de escape}

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:

 	\frac{CT}{tf}=\frac{80 \times 75}{10 \times 10} = 60 \text{ vueltas de la cuarta rueda}

Por lo tanto la regla general es en un tren de engranajes multimplicar 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 alternancias[editar]

Una 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 ocupa la siguiente fórmula:

 \text{ alternancias por hora} =	\frac{CTF2E}{tfe}

Ejemplo cálculo de alternancias:

 	\frac{80 \times 75 \times 80 \times 2 \times 15}{10 \times 10 \times 8} = 18000 \text{ A/h}

Ejemplos de alternancias típicas son 18000 A/h por el año 1944. Antes de esa fecha se ocupaban 16200 A/h y 14400 A/h. Actualmente en el 2013 se ocupa 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 número de horas de funcionamiento[editar]

Obviamente debemos saber el número de engranajes del barrilete B y del piñón de la rueda de minutos c.

 	\frac{B}{c} = \text{ número de giros de la rueda centro por una realizada por el barrilete}

Por ejemplo:

 	\frac{84}{12} = 7

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.

Referencias[editar]

  1. Manual del Reloj Mecanico por Pedro Izquierdo (en PDF). Consultado el 13 de marzo de 2014.
  2. «ETA». Consultado el 21 de julio de 2013.
  3. Izquierdo, Pedro. Manual del reloj mecánico. p. 35.  Ver Manual del Reloj Mecanico por Pedro Izquierdo (en PDF). Consultado el 13 de marzo de 2014.
  4. . Consultado el 31 de diciembre de 2013.
  5. Milham, Willis I. (1945). Time and Timekeepers. New York, USA: MacMillan. pp. 114–116. ISBN 0-7808-0008-7. 
  6. Hahn, Ed. «What does 17 jewels mean?». Sec. 1.1.3 Mechanical Watch FAQ v.1.0. TimeZone.com. Consultado el 2 de julio de 2008.
  7. What is a Watch? Advertising pamphlet. Illinois, USA: The Elgin Watch Co. 1950.  on Wayne Schlitt's The Elgin Watch Collector's Site, retrieved on 2008-07-02
  8. Harold Caleb, Kelly (1944). A practical course in horology (1944). The manual arts press, Poria, Illinois. 
  9. Hood, Grant (1904). W. S. Smyth, ed. Modern methods in horology. Kansas City, Mo. : Kansas City Jeweler and Optician. 

Enlaces externos[editar]