Los elementos constitutivos de una polea son la rueda o polea propiamente dicha, en cuya circunferencia (llanta) suele haber una acanaladura denominada "garganta" o "cajera" cuya forma se ajusta a la de la cuerda a fin de guiarla; las "armas", armadura en forma de U invertida o rectangular que la rodea completamente y en cuyo extremo superior monta un gancho por el que se suspende el conjunto, y el "eje", que puede ser fijo si está unido a las armas estando la polea atravesada por él ("poleas de ojo"), o móvil si es solidario a la polea ("poleas de eje"). Cuando, formando parte de un sistema de transmisión, la polea gira libremente sobre su eje, se denomina "loca".

Según su desplazamiento las poleas se clasifican en "fijas", aquellas cuyas armas se suspenden de un punto fijo (la estructura del edificio) y por lo tanto, no sufren movimiento de traslación alguno cuando se emplean con "móviles", las cuales son aquellas en las que un extremo de la cuerda se suspende de un punto fijo y que durante su funcionamiento se desplazan, generalmente, de manera vertical.[9]​.

Cuando la polea obra independientemente se denomina «simple», mientras que cuando se encuentra reunida con otras formando un sistema recibe la denominación de «combinada» o «compuesta».

Contenido

Existen sistemas múltiples de poleas que pretenden obtener una gran ventaja mecánica, es decir, elevar grandes pesos con un bajo esfuerzo. Estos sistemas de poleas son diversos, aunque tienen algo en común, en cualquier caso, se agrupan en grupos de poleas fijas y móviles: destacan los polipastos:.

Polipastos o aparejos

El polipasto (del latín polyspaston, y este del griego πολύσπαστον), es la configuración más común de polea compuesta. En un polipasto, las poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.

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 un 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 soportan este bloque. Si hay p de estas partes de la cuerda que soportan la carga W, entonces un balance de fuerzas en 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 en la cuerda es T=W/p. Por lo tanto, el bloque y el aparejo reducen la fuerza de entrada por el factor p..

Método de operación

La teoría de operación más simple para un sistema de poleas asume que las poleas y las líneas no tienen peso. Y que no hay pérdida de energía por 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.

Existen diversos tipos de sistemas de polea:.

La ventaja mecánica del aparejo pistola se puede aumentar intercambiando los bloques fijos y móviles de modo que la cuerda se una 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 placaje es "tiro 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.

Al agregar una polea al bloque fijo de un aparejo de pistola, la dirección de la fuerza de tracción se invierte, aunque la ventaja mecánica sigue siendo la misma, Diagrama 3a. Este es un ejemplo del placaje Luff.

Diagramas de cuerpo libre

La ventaja mecánica de un sistema de polea se puede analizar utilizando diagramas de cuerpo libre en el cual se compensa la fuerza de tensión en la soga con la fuerza de gravedad que actúa 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 en un cuerpo libre que incluye la carga, W y n secciones de soporte de una cuerda con tensión T, da:.

La relación entre la carga y la fuerza de tensión que se ejerce es la ventaja mecánica MA del sistema de polea,[13]​.

Por lo tanto, la ventaja mecánica del sistema es igual al número de secciones de soga 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 transmitir la potencia mecánica "Potencia (física)"), el par motor y la velocidad a través de los ejes. Si las poleas tienen diámetros diferentes, se obtiene una ventaja mecánica.

Una transmisión por correa es análoga a la de una transmisión por cadena; sin embargo, una polea de correa puede ser lisa (desprovista de elementos discretos de enclavamiento como los que se encontrarían en un piñón de cadena, engranaje de espuelas, o correa dentada), de modo que la ventaja mecánica viene dada aproximadamente por la relación del diámetro de paso de las poleas solamente, no fijada exactamente por la relación de dientes como en el caso de los engranajes y las ruedas dentadas.

En el caso de una polea tipo tambor, sin ranura ni bridas, la polea suele ser ligeramente convexa para mantener centrada la correa plana. A veces se denomina polea coronada. Aunque en su día se utilizó ampliamente en los ejes de línea") de las fábricas, este tipo de polea todavía se encuentra impulsando el cepillo giratorio en las aspiradoras") verticales, en las lijadoras de banda") y en las sierras de cinta").[14]​ Los tractores agrícolas construidos hasta principios de la década de 1950 solían tener una polea para una correa plana (que es la que da nombre a la revista Belt Pulley")). Ha sido sustituida por otros mecanismos con más flexibilidad en los métodos de uso, como la toma de fuerza") y la hidráulica").

Al igual que 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 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 en V&action=edit&redlink=1 "Correa (mecánica) (aún no redactado)"), respectivamente) son una forma de proporcionar múltiples relaciones de transmisión en un sistema de correa y polea que puede cambiarse según sea necesario, al igual que una transmisión&action=edit&redlink=1 "Transmisión (mecánica) (aún no redactado)") proporciona esta función con un tren de engranajes") que puede cambiarse. Las poleas escalonadas con correas trapezoidales son la forma más común en que las prensas de taladro proporcionan una gama de velocidades de husillo.

Con las correas y las poleas, la fricción es una de las fuerzas más importantes. Algunos usos de las correas y las poleas implican ángulos peculiares (que conducen a un mal seguimiento de la correa y posiblemente al deslizamiento de la correa fuera de la polea) o entornos de baja tensión de la correa, lo que provoca un deslizamiento innecesario de la correa y, por tanto, un desgaste adicional de la misma. Para solucionarlo, a veces se retrasan las poleas. El término "lag" se utiliza para describir la aplicación de un revestimiento, una cubierta o una superficie de desgaste con diversos patrones de textura 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. En particular, las poleas de transmisión suelen estar recubiertas de caucho (con una capa de fricción de caucho) precisamente por esta razón.[15]​.

Está compuesta por tres partes:.

Los elementos constitutivos de una polea son la rueda o polea propiamente dicha, en cuya circunferencia (llanta) suele haber una acanaladura denominada "garganta" o "cajera" cuya forma se ajusta a la de la cuerda a fin de guiarla; las "armas", armadura en forma de U invertida o rectangular que la rodea completamente y en cuyo extremo superior monta un gancho por el que se suspende el conjunto, y el "eje", que puede ser fijo si está unido a las armas estando la polea atravesada por él ("poleas de ojo"), o móvil si es solidario a la polea ("poleas de eje"). Cuando, formando parte de un sistema de transmisión, la polea gira libremente sobre su eje, se denomina "loca".

Según su desplazamiento las poleas se clasifican en "fijas", aquellas cuyas armas se suspenden de un punto fijo (la estructura del edificio) y por lo tanto, no sufren movimiento de traslación alguno cuando se emplean con "móviles", las cuales son aquellas en las que un extremo de la cuerda se suspende de un punto fijo y que durante su funcionamiento se desplazan, generalmente, de manera vertical.[9]​.

Cuando la polea obra independientemente se denomina «simple», mientras que cuando se encuentra reunida con otras formando un sistema recibe la denominación de «combinada» o «compuesta».

Contenido

Existen sistemas múltiples de poleas que pretenden obtener una gran ventaja mecánica, es decir, elevar grandes pesos con un bajo esfuerzo. Estos sistemas de poleas son diversos, aunque tienen algo en común, en cualquier caso, se agrupan en grupos de poleas fijas y móviles: destacan los polipastos:.

Polipastos o aparejos

El polipasto (del latín polyspaston, y este del griego πολύσπαστον), es la configuración más común de polea compuesta. En un polipasto, las poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.

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 un 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 soportan este bloque. Si hay p de estas partes de la cuerda que soportan la carga W, entonces un balance de fuerzas en 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 en la cuerda es T=W/p. Por lo tanto, el bloque y el aparejo reducen la fuerza de entrada por el factor p..

Método de operación

La teoría de operación más simple para un sistema de poleas asume que las poleas y las líneas no tienen peso. Y que no hay pérdida de energía por 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.

Existen diversos tipos de sistemas de polea:.

La ventaja mecánica del aparejo pistola se puede aumentar intercambiando los bloques fijos y móviles de modo que la cuerda se una 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 placaje es "tiro 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.

Al agregar una polea al bloque fijo de un aparejo de pistola, la dirección de la fuerza de tracción se invierte, aunque la ventaja mecánica sigue siendo la misma, Diagrama 3a. Este es un ejemplo del placaje Luff.

Diagramas de cuerpo libre

La ventaja mecánica de un sistema de polea se puede analizar utilizando diagramas de cuerpo libre en el cual se compensa la fuerza de tensión en la soga con la fuerza de gravedad que actúa 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 en un cuerpo libre que incluye la carga, W y n secciones de soporte de una cuerda con tensión T, da:.

La relación entre la carga y la fuerza de tensión que se ejerce es la ventaja mecánica MA del sistema de polea,[13]​.

Por lo tanto, la ventaja mecánica del sistema es igual al número de secciones de soga 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 transmitir la potencia mecánica "Potencia (física)"), el par motor y la velocidad a través de los ejes. Si las poleas tienen diámetros diferentes, se obtiene una ventaja mecánica.

Una transmisión por correa es análoga a la de una transmisión por cadena; sin embargo, una polea de correa puede ser lisa (desprovista de elementos discretos de enclavamiento como los que se encontrarían en un piñón de cadena, engranaje de espuelas, o correa dentada), de modo que la ventaja mecánica viene dada aproximadamente por la relación del diámetro de paso de las poleas solamente, no fijada exactamente por la relación de dientes como en el caso de los engranajes y las ruedas dentadas.

En el caso de una polea tipo tambor, sin ranura ni bridas, la polea suele ser ligeramente convexa para mantener centrada la correa plana. A veces se denomina polea coronada. Aunque en su día se utilizó ampliamente en los ejes de línea") de las fábricas, este tipo de polea todavía se encuentra impulsando el cepillo giratorio en las aspiradoras") verticales, en las lijadoras de banda") y en las sierras de cinta").[14]​ Los tractores agrícolas construidos hasta principios de la década de 1950 solían tener una polea para una correa plana (que es la que da nombre a la revista Belt Pulley")). Ha sido sustituida por otros mecanismos con más flexibilidad en los métodos de uso, como la toma de fuerza") y la hidráulica").

Al igual que 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 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 en V&action=edit&redlink=1 "Correa (mecánica) (aún no redactado)"), respectivamente) son una forma de proporcionar múltiples relaciones de transmisión en un sistema de correa y polea que puede cambiarse según sea necesario, al igual que una transmisión&action=edit&redlink=1 "Transmisión (mecánica) (aún no redactado)") proporciona esta función con un tren de engranajes") que puede cambiarse. Las poleas escalonadas con correas trapezoidales son la forma más común en que las prensas de taladro proporcionan una gama de velocidades de husillo.

Con las correas y las poleas, la fricción es una de las fuerzas más importantes. Algunos usos de las correas y las poleas implican ángulos peculiares (que conducen a un mal seguimiento de la correa y posiblemente al deslizamiento de la correa fuera de la polea) o entornos de baja tensión de la correa, lo que provoca un deslizamiento innecesario de la correa y, por tanto, un desgaste adicional de la misma. Para solucionarlo, a veces se retrasan las poleas. El término "lag" se utiliza para describir la aplicación de un revestimiento, una cubierta o una superficie de desgaste con diversos patrones de textura 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. En particular, las poleas de transmisión suelen estar recubiertas de caucho (con una capa de fricción de caucho) precisamente por esta razón.[15]​.