Un reloj mecánico es un reloj que utiliza un mecanismo de relojería para medir el paso del tiempo, a diferencia de los relojes de cuarzo que funcionan utilizando los modos de vibración de un diapasón de cuarzo piezoeléctrico , o los relojes de radio , que son relojes de cuarzo sincronizados con un reloj atómico a través de ondas de radio . Un reloj mecánico es impulsado por un resorte real que debe enrollarse periódicamente a mano o mediante un mecanismo de cuerda automática . Su fuerza se transmite a través de una serie de engranajes para impulsar el volante , una rueda con peso que oscila hacia adelante y hacia atrás a una velocidad constante. Un dispositivo llamado escape libera las ruedas del reloj para avanzar una pequeña cantidad con cada oscilación del volante, moviendo las manecillas del reloj hacia adelante a una velocidad constante. El escape es lo que produce el sonido de "tictac" que se escucha en un reloj mecánico en funcionamiento. Los relojes mecánicos evolucionaron en Europa en el siglo XVII a partir de los relojes accionados por resorte , que aparecieron en el siglo XV.
Los relojes mecánicos no suelen ser tan precisos como los de cuarzo, [1] [2] [3] y, con el tiempo, requieren una limpieza, lubricación y calibración periódicas por parte de un relojero experto. [3] Desde los años 1970 y 1980, como resultado de la crisis del cuarzo , los relojes de cuarzo se han apoderado de la mayor parte del mercado de relojes, y los relojes mecánicos (especialmente los relojes fabricados en Suiza ) ahora se comercializan principalmente como artículos de lujo , comprados por sus valores estéticos y de lujo, para apreciar su fina artesanía, [2] o como un símbolo de estatus . [2]
El mecanismo interno de un reloj, sin contar la esfera ni las manecillas, se denomina movimiento . Todos los relojes mecánicos tienen estas cinco partes:
Las funciones adicionales de un reloj además de las funciones básicas de cronometraje se denominan tradicionalmente complicaciones . Los relojes mecánicos pueden tener estas complicaciones:
El reloj mecánico es una tecnología madura y la mayoría de los movimientos de relojes comunes tienen las mismas partes y funcionan de la misma manera. [9]
El resorte principal que hace funcionar el reloj, una cinta espiral de acero para muelles, está dentro de un barrilete cilíndrico , con el extremo exterior del resorte principal unido al barrilete. La fuerza del resorte principal hace girar el barrilete. El barrilete tiene dientes de engranaje alrededor del exterior que hacen girar la rueda central una vez por hora; esta rueda tiene un eje que atraviesa la esfera. En el lado de la esfera , el piñón del cañón está unido con un ajuste de fricción (lo que le permite deslizarse al ajustar las manecillas) y el minutero está unido al piñón del cañón. El piñón del cañón impulsa un pequeño engranaje de reducción de 12 a 1 llamado mecanismo de movimiento que hace girar la rueda de la hora y la manecilla una vez cada 12 revoluciones del minutero.
Para la misma tasa de oscilación, la duración de funcionamiento, el tiempo de funcionamiento o la reserva de marcha de un reloj mecánico es principalmente una cuestión de qué tamaño de resorte real se utiliza, lo que, a su vez, es una cuestión de cuánta energía se necesita y cuánto espacio hay disponible. Si el movimiento está sucio o desgastado, es posible que la energía no se transfiera del resorte real al escape de manera eficiente. El servicio puede ayudar a restaurar un tiempo de funcionamiento degradado. La mayoría de los movimientos de relojes mecánicos tienen una duración de funcionamiento de entre 36 y 72 horas. Algunos movimientos de relojes mecánicos pueden funcionar durante una semana. La duración exacta del funcionamiento de un movimiento mecánico se calcula con la fórmula [10]
donde es el número de dientes del barrilete, es el número de hojas del piñón central, es el número de revoluciones del barrilete y es el número de revoluciones del piñón central: la duración del funcionamiento.
La rueda central acciona el piñón de la tercera rueda, y la tercera rueda acciona el piñón de la cuarta rueda. En los relojes con el segundero en un cuadrante de segundos secundario, normalmente situado encima de la posición de las 6 en punto, la cuarta rueda está engranada para girar una vez por minuto, y el segundero está unido directamente al eje de esta rueda.
La cuarta rueda también acciona la rueda de escape del mecanismo de escape de áncora . Los dientes de la rueda de escape se enganchan alternativamente en dos dedos llamados paletas en los brazos de la palanca de áncora , que se balancea hacia adelante y hacia atrás. El otro extremo de la palanca tiene una horquilla que se acopla con un pasador de impulso vertical en el eje del volante . Cada vez que el volante oscila a través de su posición central, desbloquea la palanca, que libera un diente de la rueda de escape, lo que permite que las ruedas del reloj avancen una cantidad fija, moviendo las manecillas hacia adelante. A medida que la rueda de escape gira, su diente empuja contra la palanca, lo que le da al volante un breve empujón, manteniéndolo oscilando hacia adelante y hacia atrás.
El volante marca el tiempo del reloj. Consiste en una rueda con peso que gira hacia adelante y hacia atrás, y regresa a su posición central mediante un fino resorte espiral, el resorte de volante o "muelle de cabello" . La rueda y el resorte juntos constituyen un oscilador armónico . La masa del volante se combina con la rigidez del resorte para controlar con precisión el período de cada oscilación o "latido" del volante. El período de oscilación de un volante T en segundos, el tiempo requerido para un ciclo completo (dos latidos), es
donde es el momento de inercia de la rueda en kilogramo-metro 2 y es la rigidez ( constante de resorte ) de su resorte de volante en newton-metros por radián. La mayoría de los volantes de los relojes oscilan a 5, 6, 8 o 10 pulsaciones por segundo. Esto se traduce en 2,5, 3, 4 y 5 Hz respectivamente, o 18000, 21 600, 28 800 y 36 000 pulsaciones por hora (BPH). En la mayoría de los relojes hay una palanca reguladora en el resorte de volante que se utiliza para ajustar la velocidad del reloj. Tiene dos pasadores de freno que abrazan la última vuelta del resorte, manteniendo inmóvil la parte detrás de los pasadores, por lo que la posición de los pasadores de freno determina la longitud del resorte. Al mover la palanca reguladora, los pasadores de freno se deslizan hacia arriba o hacia abajo del resorte para controlar su longitud efectiva. Al deslizar los pasadores hacia arriba del resorte, acortando la longitud del resorte, se lo vuelve más rígido, lo que aumenta en la ecuación anterior, disminuyendo el período de la rueda para que se balancee hacia adelante y hacia atrás más rápido, lo que hace que el reloj funcione más rápido.
Un conjunto independiente de engranajes, llamado mecanismo sin llave, da cuerda al resorte principal cuando se gira la corona y, cuando la corona se extrae una distancia corta, permite girar las manecillas para ajustar el reloj. El vástago unido a la corona tiene un engranaje llamado embrague o rueda de castillo , con dos anillos de dientes que se proyectan axialmente desde los extremos. Cuando se empuja el vástago hacia adentro, los dientes externos hacen girar la rueda de trinquete en la parte superior del barrilete del resorte principal, que hace girar el eje al que está unido el extremo interior del resorte principal, enrollando el resorte principal más firmemente alrededor del eje. Un trinquete o clic accionado por resorte presiona contra los dientes del trinquete, evitando que el resorte principal se desenrolle. Cuando se extrae el vástago, los dientes internos de la rueda de castillo se acoplan con un engranaje que hace girar la rueda de minutos. Cuando se gira la corona, el acoplamiento de fricción del piñón del cañón permite que giren las manecillas.
Si el segundero es coaxial con el minutero y el horario, es decir, gira en el centro de la esfera, esta disposición se denomina "segundos centrales" o "segundos de barrido", porque el segundero gira alrededor de la pista de minutos en la esfera.
En un principio, el segundero central se accionaba desde la tercera rueda, a veces a través de una rueda intermedia, con el engranaje en el exterior de la placa superior. Este método de accionamiento del segundero se denomina segundero central indirecto. Como el engranaje estaba fuera de las placas, aumentaba el grosor del movimiento y, como la rotación de la tercera rueda tenía que ser acelerada para hacer girar el segundero una vez por minuto, el segundero tenía un movimiento de aleteo. [11]
En 1948, Zenith presentó un reloj con un tren de engranajes rediseñado, en el que la cuarta rueda estaba en el centro del movimiento y, por lo tanto, podía accionar directamente un segundero central. La rueda de minutos, que anteriormente había estado en el centro del movimiento, se movió fuera del centro y accionó el minutero indirectamente. Cualquier vibración debida al engranaje indirecto queda oculta por el movimiento relativamente lento del minutero. Este rediseño colocó todo el tren de engranajes entre las placas y permitió un movimiento más delgado. [12]
Los cojinetes de joyas fueron inventados e introducidos en los relojes por Nicolas Fatio (o Facio) de Duillier y Pierre y Jacob Debaufre alrededor de 1702 [13] [14] para reducir la fricción. No se generalizaron hasta mediados del siglo XIX. Hasta el siglo XX se molían a partir de pequeños trozos de gemas naturales. Los relojes a menudo tenían joyas de granate , cuarzo o incluso vidrio; solo los relojes de primera calidad usaban zafiro o rubí . [13] En 1902, se inventó un proceso para cultivar 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 (generalmente) rubí, hechas de corindón (Al 2 O 3 ), una de las sustancias más duras conocidas. La única diferencia entre el zafiro y el rubí es que se han agregado diferentes impurezas para cambiar el color; no hay diferencia en sus propiedades como cojinete. [15] La ventaja de utilizar joyas es que su superficie pulida ultradura tiene un coeficiente de fricción más bajo con el metal. El coeficiente de fricción estático del acero con el acero es de 0,58, mientras que el del zafiro con el acero es de 0,10-0,15. [16]
Las joyas cumplen dos funciones en un reloj. [17] En primer lugar, la fricción reducida puede aumentar la precisión. La fricción en los cojinetes del tren de ruedas y el escape provoca ligeras variaciones en los impulsos aplicados al volante , lo que provoca variaciones en la velocidad de cronometraje. 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 agujeros en las placas que sostienen el movimiento. La fuerza lateral aplicada por el engranaje impulsor provoca más presión y fricción en un lado del agujero. En algunas de las ruedas, el eje giratorio puede desgastar el agujero hasta que tenga forma ovalada, lo que finalmente hace que el engranaje se atasque y detenga el reloj.
En el escape se utilizan joyas para las piezas que funcionan por fricción deslizante: [17]
En los rodamientos se utilizan dos tipos diferentes:
El número de joyas utilizadas en los movimientos de los relojes aumentó en los últimos 150 años a medida que la joyería se volvió menos costosa y los relojes se volvieron más precisos. Los únicos cojinetes que realmente necesitan ser joyados en un reloj son los del tren de engranajes - el tren de engranajes que transmite fuerza desde el barrilete del resorte principal al volante - ya que solo ellos están constantemente bajo la fuerza del resorte principal. [21] Las ruedas que hacen girar las manecillas (el mecanismo de movimiento ) y las ruedas del calendario no están bajo carga, mientras que las que dan cuerda al resorte principal (el mecanismo sin llave ) se usan 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 de la joyería. Entonces, el primer mecanismo en ser joyado en los relojes fueron los pivotes del volante, seguidos por el escape . A medida que se agregaron más cojinetes joyados, se aplicaron a las ruedas de movimiento más lento, y la joyería avanzó por el tren de engranajes hacia el barrilete. Un reloj de 17 rubíes tiene todos los cojinetes, desde el volante hasta los cojinetes de pivote de la rueda central, engastados, por lo que se consideraba un reloj "totalmente engastado". [18] En los relojes de calidad, para minimizar el error de posición, se añadían piedras de remate a los cojinetes de la palanca y de la rueda de escape, lo que sumaba 21 rubíes. Incluso el eje del barrilete del muelle real a veces estaba engastado, lo que sumaba un total de 23. Cuando se introdujeron los relojes automáticos en la década de 1950, varias ruedas del mecanismo de cuerda automática estaban engastadas, lo que aumentó el recuento a 25-27.
Es dudoso que añadir rubíes además de los enumerados anteriormente sea realmente útil en un reloj. [22] No aumenta la precisión, ya que las únicas ruedas que tienen un efecto sobre el volante, las del tren de marcha , ya están rubíadas. Los cronómetros marinos , los relojes portátiles más precisos, a menudo tienen solo 7 rubíes. El uso de rubíes en los cojinetes de las ruedas 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 necesitarlas.
Sin embargo, a principios del siglo XX, los mecanismos de los relojes se habían estandarizado hasta el punto de que había pocas diferencias entre ellos, aparte de la calidad de la mano de obra. Por eso, los fabricantes de relojes hicieron del número de rubíes, una de las pocas métricas que diferenciaban los relojes de calidad, un importante argumento publicitario, indicándolo de forma destacada en la esfera del reloj. Los consumidores, que no tenían mucho más en qué basarse, aprendieron a asociar más rubíes con más calidad en un reloj. Aunque inicialmente 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 cotas y los fabricantes fabricaron relojes con 41, 53, 75 o incluso 100 joyas. [21] [22] La mayoría de estas joyas adicionales eran totalmente inoperantes; nunca entraban en contacto con las partes móviles y se incluían solo para aumentar el número de joyas. Por ejemplo, el reloj Waltham de 100 joyas consistía en un movimiento normal de 17 joyas, con 83 diminutas piezas de rubí montadas alrededor del rotor de cuerda automática. [23]
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, ISO 1112, que prohibía a los fabricantes incluir dichas joyas no funcionales en los recuentos de joyas en la publicidad y la literatura de ventas. Esto detuvo el 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 en ISO 1112. [22] Los ejemplos dados incluyen agregar piedras de tapa a los cojinetes de la tercera y cuarta rueda, cojinetes de rueda de minutos con joyas y trinquetes de trinquete de cuerda automática . Podría decirse que ninguna de estas adiciones aumenta la precisión o la longevidad del reloj.
Algunos relojes mecánicos finos tendrán una función de hora mundial , que es un bisel de ciudad y un bisel de hora que girará de acuerdo con la zona horaria relativa de la ciudad.
Normalmente hay 27 ciudades (que corresponden a 24 zonas horarias principales) en el bisel de ciudades, comenzando con GMT/UTC :
Londres
Ámsterdam
Berlina.svg/1280px-Flag_of_Belgium_(civil).svg.png){kind=small}
Bruselas
París
El Cairo
Moscú
Abu Dabi / Dubái
Karachi
Dacca
Bangkok
Taipéi /
Pekín /
Hong Kong
Seúl /
Tokio.svg/1280px-Flag_of_Australia_(converted).svg.png){kind=small}
Sídney / Melbourne Numea
Auckland
Samoa
Honolulu Anclaje Los Ángeles /.svg/1280px-Flag_of_Canada_(Pantone).svg.png){kind=small}
Vancouver Denver Chicago Ciudad de Nueva York / Toronto
Caracas / Puerto Rico
Buenos Aires Islas Georgias del Sur y Sandwich del Sur
AzoresA menudo se ha descrito a Peter Henlein como el inventor del primer reloj de bolsillo , el "huevo de Núremberg", en 1510, pero esta afirmación parece ser una invención del siglo XIX y no aparece en fuentes más antiguas. [24]
Hasta la revolución del cuarzo de la década de 1970, todos los relojes eran mecánicos. Los primeros relojes eran terriblemente imprecisos; uno bueno podía variar hasta 15 minutos en un día. La precisión moderna (unos pocos segundos por día) no fue alcanzada por ningún reloj hasta 1760, cuando John Harrison creó sus cronómetros marinos . La industrialización del proceso de fabricación de movimientos por parte de la Waltham Watch Company en 1854 hizo posible una precisión adicional; la compañía ganó una medalla de oro en la Exposición del Centenario de Filadelfia de 1876 por su calidad de fabricación. [25]
Los relojes mecánicos funcionan con un resorte real . Los relojes mecánicos modernos requieren del orden de 1 microvatio de potencia en promedio [26]. Debido a que el resorte real proporciona una fuente de energía desigual (su par disminuye de manera constante a medida que el resorte se desenrolla), los relojes desde principios del siglo XVI hasta principios del siglo XIX presentaban un caracol accionado por cadena que servía para regular la salida de par del resorte real a lo largo de su bobinado. Desafortunadamente, los caracoles eran muy frágiles, se rompían con mucha facilidad y eran la fuente de muchos problemas, especialmente la inexactitud del cronometraje cuando la cadena del caracol se aflojaba o perdía su velocidad después de la falta de mantenimiento. [27]
A medida que se crearon nuevos tipos de escapes que servían para aislar mejor el reloj de su fuente de tiempo, el resorte de volante , los relojes podían construirse sin caracol y aún así ser precisos. [28]
En el siglo XVIII, el escape de verge original , que requería un caracol, fue reemplazado gradualmente en los mejores relojes franceses por el escape de cilindro , y en los relojes británicos por el escape dúplex . En el siglo XIX, ambos fueron reemplazados por el escape de áncora que se ha utilizado casi exclusivamente desde entonces. [29] Una versión más económica de la áncora, el escape de áncora de pasador , patentado en 1867 por Georges Frederic Roskopf, se utilizó en relojes económicos hasta la década de 1970.
A medida que los relojes mecánicos de cuerda manual se volvieron menos populares y menos favorecidos en la década de 1970, el diseño de relojes y los industriales crearon el reloj automático . Mientras que un reloj de cuerda mecánica debe darse cuerda con el colgante o un ajuste de palanca, un reloj automático no necesita darse cuerda con el colgante; simplemente girando el reloj se da cuerda automáticamente. El interior de un reloj automático alberga una "placa" giratoria de metal o latón que gira sobre su eje cuando el reloj se agita horizontalmente. [30]
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