Un polipasto y aparejo [1] [2] o aparejo único [3] es un sistema de dos o más poleas con una cuerda o cable enhebrada entre ellas, utilizado habitualmente para levantar cargas pesadas.
Las poleas se ensamblan para formar bloques y luego se emparejan para que uno quede fijo y el otro se mueva con la carga. La cuerda se pasa a través de las poleas para proporcionar una ventaja mecánica que amplifica la fuerza aplicada a la cuerda. [4]
Héroe de Alejandría describió grúas formadas a partir de conjuntos de poleas en el siglo I. Las versiones ilustradas de Hero's Mechanica (un libro sobre cómo levantar pesos pesados) muestran los primeros sistemas de bloqueo y aparejo. [5]
Un bloque es un conjunto de poleas o roldanas montadas sobre un único bastidor. Un conjunto de bloques con una cuerda pasada por las poleas se llama aparejo. El proceso de pasar cuerdas o cables a través de bloques se llama " enhebrado ", y se dice que un bloque y aparejo roscados fueron "rove". [7] Un sistema de polipasto y aparejo amplifica la fuerza de tensión en la cuerda para levantar cargas pesadas. Son comunes en barcos y veleros , donde las tareas a menudo se realizan manualmente, así como en grúas y plataformas de perforación , donde una vez que se desplazan, las tareas se realizan con equipo pesado.
En el diagrama que se muestra aquí, el número de secciones de cuerda de los aparejos mostrados es el siguiente:
Tenga en cuenta que en el aparejo de arma, el aparejo doble y la compra triple, ambos bloques tienen el mismo número de poleas (una, dos y tres, respectivamente), mientras que el aparejo Luff y el aparejo Gyn tienen bloques que no coinciden con diferentes números de poleas.
Un polipasto 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. Su ventaja mecánica es la cantidad de partes de la cuerda que actúan sobre la carga. La ventaja mecánica de un aparejo determina cuánto más fácil es transportar o levantar la carga.
Si se desprecian las pérdidas por fricción , la ventaja mecánica de un bloque y un aparejo es igual al número de piezas de la línea que se unen a los bloques móviles o pasan a través de ellos; en otras palabras, el número de secciones de cuerda de soporte.
Un bloque y aparejo ideal con un bloque móvil sostenido por n secciones de cuerda tiene la ventaja mecánica (MA), donde F A es la fuerza de arrastre (o entrada) y F B es la carga.
Considere el conjunto de poleas que forman el bloque móvil y las partes de la cuerda que sostienen este bloque. Si hay n de estas partes de la cuerda que soportan la carga F B , entonces un balance de fuerzas sobre el bloque móvil muestra que la tensión en cada una de las partes de la cuerda debe ser F B /n. Esto significa que la fuerza de entrada sobre la cuerda es F A = F B /n. Por lo tanto, el bloque y el aparejo reducen la fuerza de entrada por el factor n.
La ventaja mecánica ideal se correlaciona directamente con la relación de velocidad . La relación de velocidad de un aparejo es la relación entre la velocidad de la línea de transporte y la de la carga arrastrada. Una línea con una ventaja mecánica de 4 tiene una relación de velocidad de 4:1. En otras palabras, para elevar una carga a 1 metro por segundo, la parte de arrastre de la cuerda debe tirarse a 4 metros por segundo. Por tanto, la ventaja mecánica de una doble entrada es 4.
La ventaja mecánica de cualquier aparejo se puede aumentar intercambiando los bloques fijos y móviles de modo que la cuerda quede 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". [8]
El diagrama 3 muestra tres partes de la cuerda que soportan la carga W , lo que significa que la tensión en la cuerda es W/3 . Por tanto, la ventaja mecánica es de tres a uno.
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 decisión de cuál utilizar depende de consideraciones pragmáticas para la ergonomía total de trabajar en una situación particular. Aprovechar la ventaja es el uso más eficiente de equipos y recursos. Por ejemplo, si la carga debe transportarse paralela al suelo, el enhebrado permite que la fuerza de tracción esté en la dirección del movimiento de la carga, lo que permite gestionar los obstáculos más fácilmente.
El enhebrado en desventaja agrega una polea adicional para cambiar la dirección de la línea de tracción a una dirección potencialmente más ergonómica, lo que aumenta las pérdidas por fricción sin mejorar la relación de velocidad. Las situaciones en las que puede ser más conveniente enhebrar en desventaja incluyen levantar desde un punto fijo por encima de la cabeza: la polea adicional permite tirar hacia abajo en lugar de hacia arriba para que el peso del levantador pueda compensar el peso de la carga, o permite tirar hacia los lados, permitiendo múltiples levantadores para combinar esfuerzos.
La fórmula utilizada para encontrar el esfuerzo necesario para levantar un peso determinado usando un bloque y caer:
donde está la fuerza aplicada a la parte de arrastre de la línea (la fuerza de entrada), es el peso de la carga (la fuerza de salida), es la ventaja mecánica ideal del sistema (que es igual al número de segmentos de la línea que se extiende desde el bloque móvil), y es la eficiencia mecánica del sistema (igual a uno para un sistema ideal sin fricción; una fracción menor que uno para sistemas del mundo real con pérdidas de energía debido a la fricción y otras causas). Si es el número de poleas en la compra y hay aproximadamente un % de pérdida de eficiencia en cada polea debido a la fricción, entonces: [9] [10]
Esta aproximación es más precisa para valores más pequeños de y . [10] Es posible realizar una estimación más precisa de la eficiencia mediante el uso del factor de fricción de la polea (que puede obtenerse del fabricante o de las tablas publicadas [11] ). La ecuación relevante es: [11]
Los valores típicos son 1,04 para poleas con cojinetes de rodillos y 1,09 para poleas con cojinetes lisos (con cable metálico). [11]
El aumento de fuerza producido por un aparejo se compensa tanto por el aumento de la longitud de la cuerda necesaria como por la fricción en el sistema. Para levantar un bloque y abordar con una ventaja mecánica de 6 una distancia de 1 metro, es necesario pasar 6 metros de cuerda a través de los bloques. Las pérdidas por fricción también significan que hay un punto práctico en el que el beneficio de agregar una polea adicional se ve compensado por el aumento incremental de la fricción que requeriría la aplicación de fuerza adicional para levantar la carga. Demasiada fricción puede provocar que el aparejo no permita que la carga se suelte fácilmente [notas 1] o que la reducción de la fuerza necesaria para mover la carga se considere insuficiente porque también se debe superar la fricción indebida.
Al instalar un bloque en una línea existente, a menudo resulta, en el mejor de los casos, inconveniente pasar la cuerda a través del bloque que se va a agregar.
[ cita necesaria ]
Los bloques de mejillas oscilantes se pueden dividir aproximadamente en dos categorías:
Los aparejos pueden estar preparados de forma ventajosa: cuando se tira de la cuerda en la misma dirección en la que se va a mover la carga; o puede estar configurado en desventaja, donde la tracción de la cuerda es en la dirección opuesta a aquella en la que se debe mover la carga.
