Una polea es una rueda sobre un eje o árbol que permite que un cable o correa tensa que pasa por encima de la rueda se mueva y cambie de dirección, o transfiera potencia entre ella y un eje. Una polea o rueda de polea es una polea que utiliza un eje sostenido por un marco o carcasa ( bloque ) para guiar un cable o ejercer fuerza.
Una polea puede tener una o más ranuras entre bridas alrededor de su circunferencia para ubicar el cable o la correa. El elemento de transmisión de un sistema de poleas puede ser una cuerda , un cable , una correa o una cadena .
Las primeras evidencias de poleas se remontan al Antiguo Egipto en la XII Dinastía (1991-1802 a. C.) [1] y a Mesopotamia a principios del segundo milenio a. C. [2] En el Egipto romano , Herón de Alejandría (c. 10-70 d. C.) identificó la polea como una de las seis máquinas simples utilizadas para levantar pesos. [3] Las poleas se ensamblan para formar un polipasto 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] Las Vidas paralelas de Plutarco relata una escena en la que Arquímedes demostró la eficacia de las poleas compuestas y el sistema de polipasto al usar una para tirar de un barco completamente cargado hacia él como si se estuviera deslizando por el agua. [6]
Un bloque es un conjunto de poleas (ruedas) ensambladas de manera que cada polea gira independientemente de las demás poleas. Dos bloques con una cuerda unida a uno de los bloques y enhebrada a través de los dos juegos de poleas forman un polipasto . [8] [9]
Un polipasto se ensambla de manera que un polipasto se fija al punto de montaje fijo y el otro se fija a la carga móvil. La ventaja mecánica ideal del polipasto es igual al número de secciones de la cuerda que sostienen el polipasto móvil.
En el diagrama de la derecha, la ventaja mecánica ideal de cada uno de los conjuntos de bloques y aparejos [7] mostrados es la siguiente:
Un sistema de poleas y cuerdas, es decir, un polipasto , 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 cuerda 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.
Consideremos 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 polipasto reduce 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 tienen peso y que no hay pérdida de energía debido a la fricción. También se supone que las líneas no se estiran.
En equilibrio, las fuerzas que actúan sobre el bloque móvil 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.
Existen diferentes tipos de sistemas de poleas:
La ventaja mecánica del aparejo de cañón se puede aumentar intercambiando los bloques fijos y móviles de modo que la cuerda esté unida al bloque móvil y la cuerda se tire en la dirección de la carga levantada. En este caso, se dice que el aparejo de poleas está "en movimiento con 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 lo tanto, la ventaja mecánica es tres.
Si se añade una polea al bloque fijo de un aparejo de cañón, se invierte la dirección de la fuerza de tracción, aunque la ventaja mecánica sigue siendo la misma (diagrama 3a). Este es un ejemplo del aparejo 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 equilibrio de fuerzas sobre un cuerpo libre que incluye la carga, W , y n secciones de soporte de una cuerda con tensión T , da como resultado:
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 cuerda que soportan la carga.
Un sistema de correa y polea se caracteriza por tener dos o más poleas en común con 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 una transmisión por cadena ; sin embargo, una polea de correa puede ser lisa (sin miembros 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 está dada aproximadamente por la relación del diámetro de paso de las poleas solamente, no fijada exactamente por la relación de los dientes como con los engranajes y las ruedas dentadas.
En el caso de una polea de tipo tambor, sin ranura ni bridas, la polea a menudo es ligeramente convexa para mantener la correa plana centrada. A veces se la denomina polea coronada. Aunque alguna vez se usó ampliamente en los ejes de las líneas de fábrica , este tipo de polea todavía se encuentra impulsando el cepillo giratorio en aspiradoras verticales , en lijadoras de banda y sierras de cinta . [14] Los tractores agrícolas construidos hasta principios de la década de 1950 generalmente tenían una polea de correa para una correa plana (que es de donde se nombró la revista Belt Pulley ). Ha sido reemplazada por otros mecanismos con más flexibilidad en los métodos de uso, como la toma de fuerza y la hidráulica .
Así como los diámetros de los engranajes (y, en consecuencia, su número de dientes) determinan una relación de transmisión y, por lo tanto, los aumentos o reducciones de velocidad y la ventaja mecánica que pueden proporcionar, 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 de correa plana y a las versiones de correa trapezoidal , respectivamente) son una forma de proporcionar múltiples relaciones de transmisión en un sistema de correa y polea que se pueden cambiar según sea necesario, al igual que una transmisión proporciona esta función con un tren de engranajes que se puede cambiar. Las poleas escalonadas de correa trapezoidal son la forma más común en que las prensas taladradoras ofrecen una variedad de velocidades de husillo.
En el caso de las correas y poleas, la fricción es una de las fuerzas más importantes. Algunos usos de las correas y poleas implican ángulos peculiares (que provocan un mal alineamiento de la correa y posiblemente el deslizamiento de la correa fuera de la polea) o entornos con 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 resolver esto, a veces se aplica un revestimiento a las poleas. El revestimiento es el término utilizado para describir la aplicación de un revestimiento, cubierta o superficie de desgaste con varios patrones texturizados que a veces se aplica a las carcasas de las poleas. El revestimiento se aplica a menudo 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. Cabe destacar que las poleas de transmisión a menudo se recubren con caucho (se recubren con una capa de fricción de caucho) exactamente por esta razón. [15] La aplicación de colofonia en polvo a la correa puede aumentar la fricción temporalmente, pero puede acortar la vida útil de la correa. [16]
Rueda y eje.
Medios relacionados con Poleas en Wikimedia Commons
La definición del diccionario de polea en Wikcionario
