Ventaja mecánica en sistemas de poleas

 La ventaja mecánica en sistemas de poleas, se obtiene  gracias a su mecanismo, que permite subir una carga con un menor esfuerzo y comodidad.

Ventaja mecánica en sistemas de poleas

Va de cuento.

Una de las leyendas más bonitas tiene que ver con el ingenio de Arquímedes.   

Arquímedes contra los romanos

Entre los años 211 y 213 antes de Cristo, 120 quinquerremes romanos (barcos  impulsados por remos), al mando de Marco Claudio Marcelo, formaron un bloqueo militar a la ciudad de Siracusa.

Cuando la flota se acercaba, maquinas diseñadas por Arquímedes provocaban su hundimiento.

Utilizando poleas, palancas y cuerdas, Arquímedes invento una especie de grúa capaz de levantar los barcos atacantes.

Aparejo potencial

Los sistemas de poleas de izamiento forman mecanismos (arreglos  de poleas, cuerdas y puntos de apoyo),  para obtener ventaja mecánica VM.

son llamados  polipastos o aparejos  tienen al menos 2 poleas, y con ellos  amplificamos la fuerza.

Sistema de poleas Arquímedes 

En el sistema de poleas Arquímedes  se amplifica la  fuerza de manera potencial, al  doble, al cuádruple y al óctuple.

Se requiere un menor esfuerzo para subir la carga.

Los expertos recomiendan tomar en cuenta otros factores, como el rendimiento de la polea (su calidad), el  rozamiento de cuerda  y un montaje limpio donde los segmentos de cuerda trabajen de forma paralela.

Polea para izamiento de calidad

Poleas con rodamientos  (cojinetes de bolas) tienen rendimientos entre el 70 y 95%.

Colorín colorado

Gracias a sus conocimientos Arquímedes con sus maquinas mantuvo a raya por 2 años a los romanos.

Cuentan que Marco Claudio Marcelo se puso muy triste, cuando uno de sus soldados  no conociendo a Arquímedes  lo mato, el conquistador romano le tenía  profunda admiración y había ordenado a sus soldados no hacerle daño.

Sistema de poleas para el levantamiento de cargas

 En un sistema de poleas para el levantamiento de cargas  se usa una combinación de poleas  y un recorrido de cuerda, con una disposición sistemática,  para obtener  una ventaja mecánica.

Sistema de poleas para el levantamiento de cargas

Cuando hablamos de ventaja  mecánica nos referimos a que con un esfuerzo menor levantamos una carga.

La ventaja mecánica se obtiene del arreglo de izamiento, donde  parte de la carga esta soportada  en puntos de apoyo.

The mechanical adventage of a pulley

En el estudio de los sistemas de poleas para izaje,  se analiza el  intercambio de fuerza por distancia,  la ventaja  mecánica, su  velocidad y su eficiencia.

Sistema de poleas con ventaja mecánica de 50%

Según su disposición los sistemas de poleas se clasifican en:

1.- Sistema de poleas de  primer orden

2.- Sistema de poleas de  segundo orden

3.- Sistema de poleas de  tercer orden

Sistema de poleas de primer orden

Su característica es que tiene el mismo número poleas que de cuerdas atadas al soporte superior.

Sistema de poleas de segundo orden

Se caracteriza porque contiene 2 bloques de poleas,  uno superior y otro inferior, a este último  va unida la carga.

Sistema de poleas de  tercer orden

Se caracteriza porque tiene el mismo número de cuerdas atadas a un bloque inferior que de poleas.

Es el único sistema que tiene un bloque inferior del que cuelga la carga.

Centro Mexicano Francés del CONALEP en Gómez Palacio, Durango.

Polea compuesta

 La polea compuesta es un sistema de izamiento de carga, que utiliza una polea fija y una polea móvil.

Polea compuesta

Este arreglo combina una polea fija  con una polea móvil. 

La polea fija simplemente cambia el sentido de la fuerza F,  permite hacer la fuerza de tracción F desde el piso.

La polea móvil se une a la carga y se desplaza junto con ella,

para obtener la ventaja mecánica, de subir con menor esfuerzo una carga, uno de los extremos de la cuerda de izaje se ata en la parte superior,  este es un punto de apoyo que sostiene parte de  la carga.

Suma de  fuerzas en Y, en polea móvil

La suma de fuerzas en la polea móvil  (del llamado eje vertical o “Y” ),   F1 corresponde a la mitad de la carga (F1= ½ R), la otra mitad la sostiene el punto de apoyo.

Este arreglo de cuerda y poleas permite intercambia fuerza por distancia.

 Se gana en fuerza pero la distancia recorrida por la polea móvil  y la carga es el doble.

Aplicación de la polea compuesta

En el sistema de polea compuesta  “Arquímedes” sus poleas están alineadas de forma horizontal una al lado de otra.

Sistema de poleas “Arquímedes”

A mayor número de poleas móviles,  el esfuerzo  F   para levantar una carga R es exponencialmente menor.

Las relaciones señaladas no toman en cuenta el peso de la polea, ni el la cuerda, tampoco la fricción  existente entre la rueda y la polea.

Compound Pulley system

En el  sistema con 4 poleas, la relación del divisor  8 = 2³   viene de los números de tiros de la polea móvil 2, y el número de poleas móviles utilizadas 3.

Como ejemplo  con este sistema que cuenta con tres poleas móviles, para subir una persona de 80 kilogramos, se requiere  de un esfuerzo de solo  10 kilogramos.

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la  velocidad con la que se sube una carga es la mitad, esta velocidad lenta  puede ser lo deseado, cuando se sube una carga.

Para fines prácticos  el articulo utilizo el sistema técnico,  donde se emplea el termino  kilogramo, referido  al peso o un esfuerzo, también llamado kilogramo fuerza (kgf). 

Polea simple para izaje

La polea simple para izaje  junto con una cuerda se emplea para levantar cargas, forma parte de las máquinas simples, y al conjunto suele denominarse solamente  polea.

Polea simple para izaje

La polea  es una rueda acanalada que gira sobre un eje central en una estructura de montaje.

Trabaja aplicado un esfuerzo tirando de la cuerda y al objeto levantado es llamado carga. 

Izar

El termino izar  la  bandera, es subir la bandera tirando de una cuerda a la que está unida, para facilitar esta operación se hace uso de una polea fija en la parte superior de la asta. 

El tèrmino de tracción, es la acción de tirar de algo para moverlo, esta operación es muy utilizada en el izamiento.  

La polea con cuerda es una máquina simple de elevación. y se utiliza de 2 formas, polea fija y polea móvil. 

Polea simple fija

Para subir  una carga, la polea se fija en la parte superior,  como permanece en el mismo lugar recibe el nombre de polea fija.

Se utiliza para cambiar la dirección de esfuerzo y el punto de aplicación de la tracción.

Al operar una polea fija  estamos al nivel del suelo, obteniendo  un mejor punto de apoyo, nos movernos con màs seguridad, incluso podemos utilizar el peso de nuestro cuerpo.

Polea simple móvil

La polea simple móvil se fija a la carga,  un extremo de la cuerda se fija  en la parte superior, la cuerda pasara por la polea y se tira hacia arriba.

la cuerda fija  soportara la mitad de la carga para subir la carga el esfuerzo necesario  es del 50%,  esto se conoce como ventaja mecánica.

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El tiro hacia arriba en este tipo de polea,  presenta  una condición de peligro, se lleva el riesgo de caída desde una altura.

Su aplicación es en maquinas de ejercicio, donde la elevación es de poca altura. 

Las técnicas de izamiento, implican evaluar riesgos, evitar que pueda caerse la carga o nos golpe.

 El izamiento es la acción de subir  una carga, tirando de una cuerda de la cual se encuentra sujeta.

Izamiento

Izar es “subir una cosa tirando de la cuerda de la que está colgada".

Con el  mismo  fin, en lugar de cuerda, se suele utilizar cable  o  cadena.

Equipos de elevación

Los equipos de elevación se clasifican en 4 tipos, polea, malacate, polipasto y grúa.

1.-  polea (Pulley).

La polea es  una rueda acanalada por la que se pasa una cuerda, la polea gira sobre un eje central,  y todo este conjunto  tiene una estructura de montaje.

2.-  malacate  manual (Hand Winch).

Es también llamado cabrestante.

Tiene un cilindro que contiene un cable y un gancho que  se hace girar con una manivela,  se aprovecha la ventaja mecánica de una combinación de engranajes y un mecanismo de trinquete (embrague y freno).

Equipo de  elevación de carga con malacate manual

3.- Polipasto de cadena (Chain Hoists).

Tiene un sistema de transmisión, una cadena manual y  una cadena de carga, el tirón aplicado a la cadena manual se trasmite  con un factor de multiplicación de más 20 a la cadena de carga.

4.- Grúa  (Crane)

Las grúas de izamiento  utilizan  un brazo móvil de estructura metálica.  De este brazo cuelga un cable con un gancho.

Grúa articulada

La imagen “grúa articulada”  presenta el producto del alumno Oscar Santiago Franco Zamarripa,  del grupo 407, de Fuentes Alternas de Energía, del Centro Mexicano Francés del conalep.

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La especialidad de fuentes alternas de  energía del conalep, tiene el módulo  de. “Operación de maquinaria y equipo de izamiento y carga”.

En él se estudia como levantar  una carga,  sostenerla, trasladarla y colocarla de manera segura  en el lugar deseado.

Par cinemático

 Un par cinemático es una conexión entre 2 eslabones de un mecanismo que permite algún movimiento entre uno de ellos, y  también puede trasmite movimientos a otros elementos conectados.

Par cinemático

Aquí estudiaremos el movimiento solo  de un par cinemático.  

Dispositivos con par cinemático de rotación

 Un par cinemático tiene un sistema de unión entre dos eslabones (piezas), en las que se permiten ciertos movimientos y se restringen otros. 

Los pares cinemáticos suelen denominarse por su tipo de movimiento.

Denominación de pares cinemáticos

El par prismático, permite un movimiento de traslación a lo largo de un eje.

El par de rotación, permite un movimiento en torno a un eje.

El par helicoidal, también llamado de tornillo, permite movimientos simultáneos de traslación y de rotación a lo largo de un eje. 

Pares cinemáticos con más de un movimiento

El par cilíndrico, permite movimientos de traslación y rotación.

El par esférico, permite rotar alrededor de tres ejes, por lo que también es llamado par de rótula.

Centro Mexicano Francés del conalep, de Gómez Palacio, Durango. Especialidad de fuentes alternas de energía 

Cinemática de las máquinas

 La cinemática de las máquinas, es una rama de la mecánica que estudia el movimiento de los elementos de una máquina sin considerar las fuerzas.

Cinemática de las máquinas

Algunos mecanismos son considerados máquinas.

las máquinas pueden ser simples, complejas o muy complejas.

Máquinas para elaborar tortillas

Una maquinas están compuestas por piezas,  algunas hacen la función  de un eslabón, entre una cadena de movimientos.

Un eslabón es un elemento rígido, tiene al menos 2 nodos.

Los nodos son puntos de unión entre eslabones.

Prensa  para hacer tortillas

El numero de  nodos (orificios para unión) le da nombre al eslabón, el binario cuenta con 2 nodos.

Eslabones

La conexión de  dos eslabones (par cinemático) o mas eslabones que permite algún movimiento,  o movimiento potencial entre los elementos conectados, se le llama junta  cinemática.  

Una cadena cinemática es el conjunto de eslabones y articulaciones.

Se le llama cadena, porque cada eslabón se une al siguiente, mediante una articulación, lo que le da posibilidad de movimiento.

Centro Mexicano Francés del Conalep, en Gómez Palacio, Durango.

Artículo con imágenes del cuaderno de la alumna Guadalupe Carrillo Castor alumna del grupo 407, de Fuentes Alternas de Energía, del Centro Mexicano Francés del conalep.

Mecanismo

Un mecanismo es  un sistema de elementos dispuestos para  trasmitir movimiento,  en un modo determinado.

Mecanismo

Los antiguos griegos agruparon conocimientos relacionados, que les resultaban de interés, llamándolos como “ingenios”, un grupo importante de ellos “relativo a las maquinas” le llamarón mecánica. 

Arquímedes de Siracusa

Hoy la mecánica es una rama de la física, que estudia los fenómenos del equilibrio y movimiento  de los cuerpos.

Arquímedes de Siracusa  (287-212 a. C.) fue un ingeniero que  realizo varios maquinas, algunas con fines militares que lo convirtieron en personaje de leyenda.

La grúa y la catapulta

La cinemática, es una parte de la mecánica, que estudia el movimiento sin considerar las fuerzas.

Se considera que existe un  movimiento, cuando hay  un cambio de posición de un cuerpo en el espacio en un determinado tiempo.

Tipos de movimientos

Los tipos de  movimientos son

1.- rotación pura

2.- traslación pura

3.-  complejo

 Este ultimo es combinación de movimientos de rotación y traslación.

El  estudio de los movimientos,  es básico en la asignatura de  “operación de maquinaria y equipo de izamiento y carga” de la especialidad de fuentes alternas de energía del conalep.

Centro Mexicano Francés del conalep, en Gómez Palacio, Durango.

Por cierto en días pasados tuvimos la oportunidad, de convivir con directivos de la institución (Nacional y Estatal), una experiencia grata para los alumnos del  plantel, que tuvieron la oportunidad de  mostrarles parte de su trabajo.