Una polea es una rueda sobre un eje o eje que permite que un cable tenso o una correa que pasa sobre la rueda se mueva y cambie de dirección, o transfiera potencia entre sí y un eje. Una polea o polea rueda es una polea que utiliza un eje sostenido por un marco o armazón ( bloque ) para guiar un cable o ejercer fuerza.
Una polea puede tener una ranura o ranuras entre bridas alrededor de su circunferencia para ubicar el cable o correa. El elemento impulsor de un sistema de poleas puede ser una cuerda , un cable , una correa o una cadena .
La evidencia más antigua de poleas se remonta al Antiguo Egipto en la Duodécima Dinastía (1991-1802 a. C.) [1] y en Mesopotamia a principios del segundo milenio a. [2] En el Egipto romano , Héroe de Alejandría (c. 10-70 d.C.) identificó la polea como una de las seis máquinas simples utilizadas para levantar pesas. [3] Las poleas se ensamblan para formar un bloque y un aparejo con el fin de proporcionar una ventaja mecánica para aplicar grandes fuerzas. Las poleas también se ensamblan como parte de transmisiones por correa y cadena para transmitir potencia de un eje giratorio a otro. [4] [5] Vidas paralelas de Plutarco relata una escena en la que Arquímedes demostró la eficacia de las poleas compuestas y el sistema de poleas y aparejos utilizando una para tirar de un barco completamente cargado hacia él como si se deslizara por el agua. [6]
Un bloque es un conjunto de poleas (ruedas) ensambladas de modo que cada polea gira independientemente de las demás. Dos bloques con una cuerda atada a uno de los bloques y pasada a través de los dos juegos de poleas forman un bloque y un aparejo . [8] [9]
Se ensambla un bloque y un aparejo de modo que un bloque se une al punto de montaje fijo y el otro a la carga en movimiento. La ventaja mecánica ideal del bloque y el aparejo es igual al número de tramos de cuerda que sostienen el bloque en movimiento.
En el diagrama de la derecha, la ventaja mecánica ideal de cada uno de los conjuntos de bloque y aparejo [7] que se muestra es la siguiente:
Un sistema de cuerda y polea, es decir, un bloque y aparejo , se caracteriza por el uso de una sola cuerda continua para transmitir una fuerza de tensión alrededor de una o más poleas para levantar o mover una carga; la cuerda puede ser una línea ligera o un cable fuerte. Este sistema está incluido en la lista de máquinas simples identificadas por los científicos del Renacimiento. [10] [11]
Si el sistema de cuerda y polea no disipa ni almacena energía, entonces su ventaja mecánica es el número de partes de la cuerda que actúan sobre la carga. Esto se puede demostrar de la siguiente manera.
Considere el conjunto de poleas que forman el bloque móvil y las partes de la cuerda que sostienen este bloque. Si hay p de estas partes de la cuerda que soportan la carga W, entonces un balance de fuerzas sobre el bloque móvil muestra que la tensión en cada una de las partes de la cuerda debe ser W/p. Esto significa que la fuerza de entrada sobre la cuerda es T = W/p. Por lo tanto, el bloque y el aparejo reducen la fuerza de entrada por el factor p.
La teoría de funcionamiento más simple para un sistema de poleas supone que las poleas y las líneas no pesan y que no hay pérdida de energía debido a la fricción. También se supone que las líneas no se estiran.
En equilibrio, las fuerzas sobre el bloque en movimiento deben sumar cero. Además la tensión en la cuerda debe ser la misma para cada una de sus partes. Esto significa que las dos partes de la cuerda que sostienen el bloque móvil deben soportar cada una la mitad de la carga.
Estos son diferentes tipos de sistemas de poleas:
La ventaja mecánica del aparejo de pistola se puede aumentar intercambiando los bloques fijos y móviles de modo que la cuerda esté unida al bloque móvil y se tire de la cuerda en la dirección de la carga levantada. En este caso, se dice que el bloqueo y el tackle es "desplazarse hacia la ventaja". [12] El diagrama 3 muestra que ahora tres partes de la cuerda soportan la carga W , lo que significa que la tensión en la cuerda es W/3 . Por tanto, la ventaja mecánica es tres.
Al agregar una polea al bloque fijo de un aparejo de arma, la dirección de la fuerza de tracción se invierte aunque la ventaja mecánica sigue siendo la misma, Diagrama 3a. Este es un ejemplo del tackle de Luff.
La ventaja mecánica de un sistema de poleas se puede analizar utilizando diagramas de cuerpo libre que equilibran la fuerza de tensión en la cuerda con la fuerza de gravedad sobre la carga. En un sistema ideal, las poleas sin masa y sin fricción no disipan energía y permiten un cambio de dirección de una cuerda que no se estira ni se desgasta. En este caso, un balance de fuerzas sobre un cuerpo libre que incluye la carga, W y n secciones de soporte de una cuerda con tensión T , produce:
La relación entre la carga y la fuerza de tensión de entrada es la ventaja mecánica MA del sistema de poleas, [13]
Así, la ventaja mecánica del sistema es igual al número de tramos de cable que soportan la carga.
Un sistema de correa y poleas se caracteriza por tener dos o más poleas en común a una correa . Esto permite que la potencia mecánica , el par y la velocidad se transmitan a través de los ejes. Si las poleas tienen diferentes diámetros, se obtiene una ventaja mecánica.
Una transmisión por correa es análoga a la de una cadena ; sin embargo, una polea de correa puede ser lisa (sin elementos de enclavamiento discretos como los que se encontrarían en una rueda dentada de cadena, un engranaje recto o una correa de distribución) de modo que la ventaja mecánica esté dada aproximadamente por la relación del diámetro de paso de las poleas únicamente. No se fija exactamente por la proporción de dientes como ocurre con los engranajes y las ruedas dentadas.
En el caso de una polea estilo tambor, sin ranura ni bridas, la polea suele ser ligeramente convexa para mantener la correa plana centrada. A veces se la denomina polea coronada. Aunque alguna vez se usó ampliamente en ejes de líneas de fábrica , este tipo de polea todavía se encuentra impulsando el cepillo giratorio en aspiradoras verticales , lijadoras de banda y sierras de cinta . [14] Los tractores agrícolas fabricados hasta principios de la década de 1950 generalmente tenían una polea para una correa plana (que es el nombre de la revista Belt Pulley ). Ha sido sustituido por otros mecanismos con más flexibilidad en los métodos de uso, como la toma de fuerza y el hidráulico .
Así como los diámetros de los engranajes (y, en consecuencia, su número de dientes) determinan una relación de transmisión y, por tanto, los aumentos o reducciones de velocidad y la ventaja mecánica que pueden ofrecer, los diámetros de las poleas determinan esos mismos factores. Las poleas cónicas y las poleas escalonadas (que funcionan según el mismo principio, aunque los nombres tienden a aplicarse a las versiones con correa plana y con correa en V , respectivamente) son una forma de proporcionar múltiples relaciones de transmisión en un sistema de correa y polea que puede cambiar según sea necesario, del mismo modo que una transmisión proporciona esta función con un tren de engranajes que se puede cambiar. Las poleas escalonadas con correa trapezoidal son la forma más común en que las taladradoras ofrecen una variedad de velocidades de husillo.
En el caso de correas y poleas, la fricción es una de las fuerzas más importantes. Algunos usos de correas y poleas implican ángulos peculiares (lo que provoca un mal seguimiento de la correa y posiblemente su deslizamiento fuera de la polea) o entornos de baja tensión de la correa, lo que provoca un deslizamiento innecesario de la correa y, por lo tanto, un desgaste adicional de la correa. Para solucionar esto, a veces se recalcan las poleas. Revestimiento es el término utilizado para describir la aplicación de un revestimiento, cubierta o superficie de desgaste con varios patrones de textura que a veces se aplica a las carcasas de las poleas. A menudo se aplica revestimiento para prolongar la vida útil de la carcasa proporcionando una superficie de desgaste reemplazable o para mejorar la fricción entre la correa y la polea. En particular, las poleas motrices suelen estar revestidas de caucho (recubiertas con una capa de fricción de caucho) exactamente por esta razón. [15]
rueda y eje.
