POLEAS Imagina que quieres levantar algo muy pesado y no tienes suficiente fuerza en tus músculos para hacerlo... cómo lo solucionarías?. Historia de la polea La única nota histórica sobre su uso se debe a Plutarco quien en su obra Vidas paralelas (c. 100 ac) relata que Arquímedes, en carta al rey Hierón de Siracusa, a quien lo unía gran amistad, afirmó que con una fuerza dada podía mover cualquier peso e incluso se jactó de que si existiera otra Tierra yendo a ella podría mover ésta. Según relata Plutarco tras cargar el barco con muchos pasajeros y con las bodegas repletas, Arquímedes se sentó a cierta distancia y jalando la cuerda alzó sin gran esfuerzo el barco sacándolo del agua tan derecho y estable como si aún permaneciera en el mar. Qué son las poleas? También llamada garruchas, carrucha, trocla, trócola o carrillo son ruedas generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el concurso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal, se usa como elemento de transmisión en máquinas y mecanismos para cambiar la dirección del movimiento multiplica las fuerzas. El eje se encuentra se encuentra sostenido con una horqueta llamada armadura, mediante la cual se suspende la polea de un soporte fijo ; la máquina simple así constituida se denomina polea fija. Esa misma polea fija se puede utilizar como polea móvil si de la armadura se cuelga un peso y entonces es el cordón el que se fija en el soporte. «La polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa» actuando en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia 1
Partes de la polea En toda polea se distinguen tres partes: Cuerpo, Cubo y Garganta. El cuerpo Es el elemento que une el cubo con la garganta. En algunos tipos de poleas está formado por radios o aspas para reducir peso y facilitar la ventilación de las máquinas en las que se instalan. El cubo Es la parte central que comprende el agujero, permite aumentar el grosor de la polea para aumentar su estabilidad sobre el eje. Suele incluir un chavetero que facilita la unión de la polea con el eje o árbol (para que ambos giren solidarios). La garganta (o canal) Es la parte que entra en contacto con la cuerda o la correa y está especialmente diseñada para conseguir el mayor agarre posible. La parte más profunda recibe el nombre de llanta. Puede adoptar distintas formas (plana, semicircular, triangular...) pero la más empleada hoy día es la trapezoidal. Las poleas empleadas para tracción y elevación de cargas tienen el perímetro acanalado en forma de semicírculo (para alojar cuerdas), mientras que las empleadas para la transmisión de movimientos entre ejes suelen tenerlo trapezoidal o plano (en automoción también se emplean correas estriadas y dentadas) 2
Clasificación de las poleas Según su desplazamiento las poleas se clasifican en: POLEAS SIMPLES.- Poleas simples fijas: se caracteriza porque su eje se mantiene en una posición fija en el espacio evitando su desplazamiento, solamente giran alrededor de su propio eje, cuyas armas se suspenden de un punto fijo. Se encuentra en mecanismos para el accionamiento de puertas automáticas, sistemas de elevación de cristales de automóviles, ascensores, tendales, sacar agua de los pozos, poleas de elevación de cargas, etc. Este sistema no aumenta la fuerza aplicada. P = Q Siendo Q = la fuerza peso del cuerpo (carga), y P = la fuerza aplicada (potencia) Las poleas simples se usan en máquinas en las que se debe cambiar la dirección del movimiento, como por ejemplo un ascensor. Poleas simples Móviles: Consta de una polea móvil conectada a una fija mediante una cuerda. La potencia es la fuerza que se aplica en el extremo libre de la cuerda y la resistencia es el peso que se trata de elevar. Este sistema si amplifica la fuerza aplicada P. P = Q/2 Siendo: Q = la fuerza peso del cuerpo, y P = la fuerza aplicada SISTEMA EXPLICACIÓN EJEMPLO Con este sistema reducimos el esfuerzo necesario para levantar el peso a la mitad. Cuantas más poleas móviles menos esfuerzo se realiza. POLEA MÓVIL n= nº poleas móviles 3
POLEAS COMPUESTAS: Las poleas compuestas son aquellas donde se usan más de dos poleas en el sistema, y puede ser una fija y una móvil, o dos fijas y una móvil etc., Tirar una cuerda de arriba hacia abajo resulta más fácil que hacerlo desde abajo hacia arriba. Para cambiar la dirección del esfuerzo, a la polea móvil se agrega una polea fija proporcionando una ventaja mecánica. La ventaja mecánica es la disminución del esfuerzo. SISTEMA EXPLICACIÓN EJEMPLO Consta de varios dispositivos de poleas móviles accionadas por una sola cuerda, es decir, un dispositivo en el que la mitad de las poleas y la mitad móviles. POLIPASTO n= nº poleas móviles MULTIPLICANDO LA FUERZA Un sistema de poleas móviles, el polipasto, permite obtener lo que se denomina una ventaja o ganancia mecánica. Este concepto se define matemáticamente como el cociente entre la fuerza de salida (el peso del objeto, la resistencia) y la de entrada (la necesaria para levantar el cuerpo, el esfuerzo). En un caso ideal el resultado es igual al número de segmentos de cuerda que sostienen la carga que se quiere mover (los que llegan a las poleas móviles), excluyendo en el que se aplica la fuerza de entrada, que no ofrece ninguna ventaja salvo cambiar la dirección del esfuerzo. El rozamiento reduce la ganancia mecánica real y suele limitar el número total de poleas a cuatro. Según el trabajo que se vaya a realizar y la ventaja mecánica deseada pueden emplearse muchas combinaciones diferentes de poleas. 4
Utilidad de la polea Básicamente la polea se utiliza para dos fines: 1. Cambiar la dirección de una fuerza mediante cuerdas o 2. Transmitir un movimiento giratorio de un eje a otro mediante correas. En el primer caso tenemos una polea de cable que puede emplearse bajo la forma de polea fija, polea móvil o polipasto. Su utilidad se centra en la elevación de cargas (pastecas, grúas, ascensores...), cierre de cortinas, movimiento de puertas automáticas, etc. En el segundo caso tenemos una polea de correa que es de mucha utilidad para acoplar motores eléctricos a otras máquinas (compresores, taladros, ventiladores, generadores eléctricos, sierras...) permitiendo aumentar, disminuir o mantener la velocidad de giro, mientras mantiene o invierte el sentido. Con este tipo de poleas se construyen mecanismos como el multiplicador de velocidad, la caja de velocidad y el tren de poleas. Su utilidad se centra en la transmisión de movimiento giratorio entre dos ejes distantes; La podemos encontrar en lavadoras, ventiladores, lavaplatos, pulidoras, videos, motocultores, cortadores de carne, taladros, generadores de electricidad, cortadoras de césped, transmisiones de motores, compresores, tornos... en forma de multiplicador de velocidad, caja de velocidades o tren de poleas. La polea se emplea principalmente para transmitir movimientos o para elevar cargas. La forma que adoptan las acanaladuras de las ruedas cambia en función del tipo de objeto que vaya a pasar por ellas. Por este motivo, pueden ser de sección semicircular, para el paso de los cables o las cuerdas; trapezoidal, en el caso de correas con esta forma; y alveolada, para el paso de cadenas. Como ejemplo, en el precursor del ascensor, las cuerdas de elevación pasaban a través de una polea. 5
Reducción e incremento de velocidad Relación de velocidades La transmisión de movimientos entre dos ejes mediante poleas está en función de los diámetros de estas, cumpliéndose en todo momento: Donde: D1 Diámetro de la polea conductora D2 Diámetro de la polea conducida N1 Velocidad de giro de la Polea Conductora N2 Velocidad de giro de la Polea Conducida Definiendo la relación de velocidades (i) como: Ventajas y desventajas.- Este sistema de transmisión de movimientos tiene importantes ventajas: mucha fiabilidad bajo coste funcionamiento silencioso no precisa lubricación tiene una cierta elasticidad Como desventaja se puede apuntar que cuando la tensión es muy alta, la correa puede llegar a salirse de la polea, lo que en algunos casos puede llegar a provocar alguna avería más seria. Posibilidades del multiplicador de velocidades.- Teniendo en cuenta la relación de velocidades que se establece en función de los diámetros de las poleas, con una adecuada elección de diámetros se podrá aumentar (D1>D2), disminuir (D1<D2) o mantener (D1=D2) la velocidad de giro del eje conductor en el conducido. 6
Disminuir de la velocidad de giro Si la Polea conductora es menor que la conducida, la velocidad de giro del eje conducido será menor que la del eje conductor. Mantener la velocidad de giro Si ambas poleas tienen igual diámetro, las velocidades de los ejes serán también iguales Aumentar la velocidad de giro Si la Polea conductora tiene mayor diámetro que la conducida, la velocidad de giro aumenta. Invertir el sentido de giro Empleando poleas y correas también es posible invertir el sentido de giro de los dos ejes sin más que cruzar las correas. 7