Una polea es una rueda que tiene un ranura o acanaladura en su periferia, que gira alrededor de un eje que pasa por su centro. Esta ranura sirve para que, a través de ella, pase una cuerda que permite vencer una carga o resistencia R, atada a uno de sus extremos, ejerciendo una potencia o fuerza F, en el otro extremo. De este modo podemos elevar pesos de forma cómoda e, incluso, con menor esfuerzo, hasta cierta altura. Es un sistema de transmisión lineal puesto que resistencia y potencia poseen tal movimiento.
Podemos distinguir tres tipos básicos de poleas:
a) Polea fija: Como su nombre indica, consiste en una sola polea que está fija a algún lugar. Con ella no se gana en Fuerza, pero se emplea para cambiar el sentido de la fuerza haciendo más cómodo el levantamiento de cargas al tirar hacia abajo en vez de para arriba, entre otros motivos porque nos podemos ayudar de nuestro propio peso para efectuar el esfuerzo. La fuerza que tenemos que hacer es igual al peso que tenemos que levantar (no hay ventaja mecánica) F=R. Así, por ejemplo, si deseo elevar una carga de 40 kg de peso, debo ejercer una fuerza en el otro extremo de la cuerda de, igualmente, 40 kg.
Polea móvil: Es un conjunto de dos poleas, una de las cuales es fija, mientras que la otra es móvil. La polea móvil dispone de un sistema armadura-gancho que le permite arrastrar la carga consigo al tirar de la cuerda. La principal ventaja de este sistema de poleas es que el esfuerzo que se emplea para elevar la carga representa la mitad del que haría si emplease una polea fija. Así, por ejemplo, si quisiera elevar una carga de 40 kg de peso, basta con ejercer una fuerza de tan sólo 20 kg.
Esto supone que la cuerda que emplee para este mecanismo pueden ser la mitad de resistentes que en el caso anterior. Sin embargo, presenta una desventaja: El recorrido que debe hacer la cuerda para elevar la carga una altura determinada (h) debe ser el doble de la altura buscada (2h).
Aunque consta de dos poleas, en realidad se puede construir este mecanismo con una sola polea (observa la imagen de la derecha). Para ello se debe fijar un extremo de la cuerda, la carga a la polea y tirar de la cuerda de forma ascendente. Precisamente, este es la desventaja, mientras que en el caso de emplear dos poleas, este problema desaparece.
Sistemas de poleas compuestas: Existen sistemas con 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:
Polipasto: Este mecanismo está formado por grupos de poleas fijas y móviles, cada uno de ellos formado a su vez por un conjunto de
Polipasto: Este mecanismo está formado por grupos de poleas fijas y móviles, cada uno de ellos formado a su vez por un conjunto de
El extremo de la cuerda se sujeta al gancho de la armadura fija y se pasa alternativamente por las ranuras de las poleas —de menor a mayor diámetro en el caso del polispasto— comenzando por la del grupo móvil y terminando en la polea fija mayor o extrema donde quedará libre el tramo de cuerda del que se tira. La expresión que nos indica el esfuerzo que se debe realizar para vencer una carga (o resistencia) es las siguiente:
siendo n el número de poleas fijas del polipasto. Así, por ejemplo, si disponemos de un polipasto de tres poleas móviles, el esfuerzo que debo realizar para elevar una carga es seis veces menor (2n = 2·3 =6). Suponiendo que la carga sea, por poner un ejemplo, de 60 kg… el esfuerzo que deberíamos efectuar en este caso es de 10 kg.
Otro modelo de polipasto es aquel que emplea dos ramales distintos paralelos y a distinta altura en los que se alojan las poleas. En el ramal superior se sitúan las poleas fijas y en el de abajo las poleas móviles, conjuntamente con la carga.
Por último, es importante señalar que en este tipo de sistema, al igual que la polea móvil, debemos hacer un mayor recorrido con la cuerda; mayor recorrido cuanto mayor es el número de poleas.
La relación de transmisión, como su nombre indica, es una relación de dos cifras, no una división.
Ejemplo 1 : Supongamos un sistema reductor de modo que:
n1 = velocidad de la polea motriz (entrada) es de 400 rpm.
n2 = velocidad de la polea motriz (salida) es de 100 rpm.
En este caso, la relación de transmisión es:
Ejemplo 1 : Supongamos un sistema reductor de modo que:
n1 = velocidad de la polea motriz (entrada) es de 400 rpm.
n2 = velocidad de la polea motriz (salida) es de 100 rpm.
En este caso, la relación de transmisión es:
i = n2/ n1 = 100/400 = ¼ (tras simplificar)
Una relación de transmisión 1:4 significa que la velocidad de la rueda de salida es cuatro veces menor que la de entrada.
Ejemplo 2 : Supongamos un sistema multiplicador de modo que:
n1 = velocidad de la polea motriz (entrada) es de 100 rpm.
n2 = velocidad de la polea conducida (salida) es de 500 rpm.
n2 = velocidad de la polea conducida (salida) es de 500 rpm.
En este caso, la relación de transmisión es:
i = n2/ n1 = 500/100 = 5/1 (tras simplificar)
Una relación de transmisión 5:1 significa que la velocidad de la rueda de salida es cinco veces mayor que la de entrada. Nota que la relación es 5/1 y no 5, pues ambos número nunca deben dividirse entre sí (todo lo más simplificarse).
La relación de transmisión también se puede calcular teniendo en cuenta el tamaño o diámetrode las poleas.
i = d1/ d2
donde
d1 = diámetro de la polea motriz (entrada).
d2 = diámetro de la polea conducida (salida).
d2 = diámetro de la polea conducida (salida).
Se puede calcular las velocidad de las poleas a partir de los tamaños de las mismas
n1·d1 = n2·d2
expresión que también se puede colocar como…
n2/n1 = d1/d2
Ejemplo:
Tengo un sistema de poleas de modo que:
La polea de salida tiene 40 cm de diámetro y la de entrada 2 cm de diámetro. Si la polea de entrada gira a 200 rpm
a) Halla la relación de transmisión
b) Halla la velocidad de la polea de salida
c) ¿Es un reductor o un multiplicador?
La polea de salida tiene 40 cm de diámetro y la de entrada 2 cm de diámetro. Si la polea de entrada gira a 200 rpm
a) Halla la relación de transmisión
b) Halla la velocidad de la polea de salida
c) ¿Es un reductor o un multiplicador?
Datos:
n1 = velocidad de la polea entrada es de 200 rpm.
n2 = velocidad de la polea salida es la incógnita
d1 = diámetro de la polea entrada es 2 cm
d2 = diámetro de la polea salida es 40 cm
n2 = velocidad de la polea salida es la incógnita
d1 = diámetro de la polea entrada es 2 cm
d2 = diámetro de la polea salida es 40 cm
a) i = d1/ d2 = 2/40 = 1/20
200 rpm·2 cm = n2·40 cmèb) n1·d1 = n2·d2
n2 = (200·2)/40 = 400/40 = 10 rpm
n2 = (200·2)/40 = 400/40 = 10 rpm
c) Es un reductor porque la velocidad de la polea de
salida es menor que la velocidad de la polea de
entrada (n2 < n1).
salida es menor que la velocidad de la polea de
entrada (n2 < n1).