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• Jonathan Ramirez Garcia

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MARCO TEORICO

Poleas

Una polea es una máquina simple que sirve para transmitir fuerza. Sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.

HISTORIA La única nota histórica sobre su uso se debe a Plutarco, quien en su obra Vidas paralelas (100 a. C) relata que Arquímedes, en la carta al rey Hierón de Siracusa, a quién lo unía una gran amistad, afirmó que con fuerza dada podía mover cualquier peso e incluso se jactó de que si existiera otra Tierra, yendo a ella podría mover ésta. Hierón, asombrado, solicitó a Arquímedes que realizara una demostración. Acordaron que el objeto a mover fuera un barco de la armada del rey, ya que Hierón creía que éste no podría sacarse de la dársena y llevarse a dique seco sin el empleo de un gran esfuerzo y numerosos hombres. Según relata Plutarco, tras cargar el barco con muchos pasajeros y con las bodegas repletas, Arquímedes se sentó a cierta distancia y tirando de la cuerda alzó sin gran esfuerzo el barco, sacándolo del agua tan derecho y estable como si aún permaneciera en el mar.

Partes de la polea Está compuesta por 4 partes: 1. La llanta: Es la zona exterior de la polea y su constitución es esencial, ya que se adaptará a la forma de la correa que alberga.

2. El cuerpo: Las poleas estarán formadas por una pieza maciza cuando sean de pequeño tamaño. Cuando sus dimensiones aumentan, irán provistas de nervios y/o brazos que generen la polea, uniendo el cubo con la llanta. 3. El cubo: Es el agujero cónico y cilíndrico que sirve para acoplar al eje. En la actualidad se emplean mucho los acoplamientos cónicos en las poleas, ya que resulta muy cómodo su montaje y los resultados de funcionamiento son excelentes. 4. La garganta: Es la parte de contacto con la cuerda o 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, etc.) pero la más empleada hoy en día es la trapezoidal.

Polipastos Es el conjunto o configuración más común de polea compuesta. En un polipasto, las poleas se atribuyen 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.

Esquema de la ventaja mecánica que se obtiene con diversas poleas compuestas. Se llama polipasto a una máquina que se utiliza para levantar o mover una carga con una gran ventaja mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza mucho menor que el peso que hay que mover. Lleva dos o más poleas incorporadas para minimizar el esfuerzo y una cuerda, cable o cadena que alternativamente va pasando por las diversas gargantas de cada una de aquellas.

Aplicaciones Se utilizan en talleres o industrias para elevar y colocar elementos y materiales muy pesados en las diferentes máquinas-herramientas o cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio acoplado a una máquina, o pueden ser móviles guiados por rieles colocados en los techos de las naves industriales. Los polipastos tienen varios tamaños o potencia de elevación; los pequeños se manipulan a mano y los más grandes llevan incorporados un motor eléctrico. Grúas viajeras A lo largo de la historia, la industria siempre ha dependido en mayor o menor medida de la maquinaria pesada para poder llevar a cabo su actividad. A causa de la amplia diversidad de la industria moderna, existe un sinfín de aplicaciones que requieren procesos y maquinaria específica. Sin embargo, existen determinadas máquinas que, por la naturaleza de su funcionalidad, tienen cabida en prácticamente todo el ámbito industrial. Tal es el caso de los aparatos de elevación. Se trata de un equipo eléctrico principalmente que se mueve a lo largo de una viga llamada puente. La grúa en sí, llamada polipasto funciona eléctricamente con un motor que hace bajar y subir cadenas para sujetar lo que sea que se vaya a mover, y este polipasto se mueve a lo largo de una viga o trabe viajera. Se utilizan sobre todo en industria (de cualquier tipo) maquilas, construcción, metalurgia, automotriz, aeroespacial etc. ¿Para qué? pues para mover elementos muy pesados de un lugar a otro, es por esto que es común tener más de una grúa viajera, para mover por tramos los elementos hasta colocarlos donde deben. Se pueden emplear en almacenes para el manejo de materiales y para su colocación o descarga de tráileres, se puede usar en industrias maquiladoras para montar y armar etc. Pero todo eso es en taller, no se usan en construcción esas son de otro tipo.

Ductos Estos representan una clase de dispositivos para manejo de materiales que consiste de tubos cerrados que conectan dos o más puntos. Pueden fabricarse con varios metales (hierro, acero, aluminio, hierro galvanizado, acero inoxidable, etc.), o de madera, plástico, vidrio, tela, cemento y otros tipos de productos arcillosos. Los ductos tienen la ventaja sobre los transportadores de que no se extravía el material que se envía por ellos. Además, se pueden mover los materiales con mucha velocidad a muy bajo costo. Los ductos también se prestan a que no se derramen los materiales por algún bordo.

Malacate Como dato anecdótico comentar que tras su desuso fueron muy utilizadas como refugio o escondite de ladrones. Malacate (usualmente Winch en inglés) es un tambor que contiene enrollado un cable de acero, soportado por una base, que va fijado sobre una superficie fija, o bien sobre un vehículo. Es usado para arrastrar cargas, o, en el caso de vehículos, como ayuda para atravesar dificultades del terreno, o mover grandes pesos. Para el arrastre con malacate en un vehículo, es necesario tener en cuenta tres puntos: a: peso total del vehículo b: característica del terreno o superficie c: la inclinación de grado, o pendiente sobre la cual se moverá el vehículo. Pueden funcionar a partir de motores eléctricos o sistemas hidráulicos.

Banda transportadora Una cinta transportadora es un sistema de transporte continuo formado básicamente por una banda continua que se mueve entre dos tambores. La banda es arrastrada por fricción por uno de los tambores, que a su vez es accionado por un motor. El otro tambor suele girar libre, sin ningún tipo de accionamiento, y su función es servir de retorno a la banda. La banda es soportada por rodillos entre los dos tambores. Debido al movimiento de la banda el material depositado sobre la banda es transportado hacia el tambor de accionamiento donde la banda gira y da la vuelta en sentido contrario. En esta zona el material depositado sobre la banda es vertido fuera de la misma debido a la acción de la gravedad.

CASOS DE UTILIZACIÓN

Como ya se ha comentado, se utilizan polipastos en aquellas situaciones en las que queramos desplazar una carga reduciendo nuestro esfuerzo. Las típicas situaciones son: Maniobras de izado de material: Es una maniobra más bien "penosa". Consiste en remontar la mochila o petate/s desde una reunión. El izado de material es más bien propio del bigwall, la escalada en solitario y espeleología, pero podemos encontrarnos con situaciones comprometidas en las que sea conveniente escalar sin mochilas e izarlas posteriormente. Hay que tener en cuenta que el polipasto nos ayudará a reducir el esfuerzo pero no evitará que la carga se pueda enganchar.

Maniobras de rescate: Las maniobras de rescate son maniobras complejas. Si el accidentado puede auto rescatarse (descender, remontar una grieta, etc) siempre será preferible, pero en caso contrario deberemos tener en cuenta la posible su posible colaboración, ya esto condicionará en gran medida el tipo de actuación. En rescate existen multitud de soluciones, pero una de las más típicas es la maniobra de rescate de

un

compañero

caído

en

una

grieta.

También es cierto que los equipos de rescate profesionales utilizan mecanismos específicos como poleas combinadas o tractels para un uso más intensivo y eficiente (pero el principio físico es el mismo)

Otras maniobras: Los polipastos también se utilizan para tensar tirolinas y son ampliamente utilizados por los amantes del 4x4 para remolcar vehículos que han quedado atrapados. Aunque en este caso suelen aprovechar los cabestrantes que llevan incorporados, pero los principios de aplicación son los mismos, por lo que merece tener la mente abierta a posibles situaciones en las que sea necesario desmultiplicar una carga.

En talleres o industrias: Para elevar y colocar elementos y materiales muy pesados en las diferentes máquinasherramientas o cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio acoplado a una máquina, o pueden ser móviles guiados por rieles colocados en los techos de las naves industriales.

Los polipastos tienen distintas capacidades de elevación dependiendo de la carga que pueden llegar a levantar. Es posible aumentar la capacidad de elevación aumentando el número de ramales de un polipasto. Por ejemplo, un polipasto de 500 kg con un ramal puede tener una capacidad de sólo 500 kg, pero si se configura con dos ramales y se utilizan los accesorios adecuados el mismo polipasto puede levantar 1000 kg. Para poder alcanzar capacidades muy altas de elevación a veces es necesario el uso de un conjunto de varios polipastos con varios ramales junto a una pasteca especial.

ELEMENTOS PARA SU CONSTRUCCION

Para construir un polipasto no es necesario disponer de mucho material, pero los componentes que lo conformen determinaran la eficiencia del conjunto.

El mayor rendimiento se obtiene con cuerdas estáticas. Para los espeleólogos y “big walleros” no resulta difícil, ya que forma parte de su equipo habitual, pero los escaladores y alpinistas utilizan cuerda dinámica habitualmente.

Los mosquetones que mejor trabajan en la conexión con las poleas son los de tipo simétrico con sección redonda ya que permiten un mejor reparto de la tensión en la zona de contacto. Otra vez los espeleólogos salen ganando (por eso son los reyes de los polipastos). Las poleas utilizadas para el montaje de polipastos deben tener una resistencia mínima que sea el doble de la carga que se desea izar (Ojo con las poleas de nylon). Normalmente esto no es una limitación ya que izar cargas de más de 150Kg es complicado (en estos casos mejor dividir la carga).

En algunas situaciones se sustituyen las polea (perdida de la polea o no se dispone de ellas) por mosquetones, pero la fuerza ejercida no se desmultiplica de la misma forma ya que la fricción es muy superior (pero puede ser útil como método de fortuna).

En los polipastos por seguridad se utilizan sistemas antiretorno, que pueden ser del tipo mecánico incluido en la polea (minitraxion) o no (basic, shunt, tibloc, puños, etc.) y de fortuna (cordinos prusik).

En el caso de utilizar cordinos es recomendable que sean de Kevlar debido a que el auto seguro puede sufrir mucho rozamiento. Normalmente al utilizarse cordinos también se suele utilizar un sistema de aseguramiento (tubo, placa stich, reverso, etc.) para evitar que el prusik se meta en la polea.

TIPOS Según su número de ramales: • Cuando una de las poleas no tiene más que una garganta o es un motón, el polipasto se llama «aparejo sencillo». • En los demás casos, es «aparejo doble». Según el número de vueltas que da la cuerda en las poleas se llaman de cuatro, de seis, etc. cordones o «guarnes», tomando también con relación al objeto y a la forma en que se aplica un sobrenombre o denominación particular como las de «aparejo de gancho», «aparejo de rabiza», «aparejo de burel y estrobo», etc.

Según la forma en que multiplican la fuerza, los aparejos más comunes son: •

Aparejo factorial, la fuerza desarrollada es proporcional a la cantidad de poleas móviles.

•

Aparejo potencial, corresponde a 2 elevado al número de poleas.

•

Aparejo diferencial, depende de la diferencia de radios entre las dos poleas que lo forman.

Según el material de los ramales, los polipastos pueden ser de •

Cuerda

•

Cable

•

Cadena

Y según lo que aplique la potencia a la máquina pueden ser: •

Manuales,

•

De palanca

•

Eléctricos.

USO DE LOS POLIPASTOS Los polipastos son máquinas que utilizan un conjunto de poleas donde ofrecen las ventajas físicas de levantar una carga pesada con el menor esfuerzo, este principio se ve maximizados en estos equipos en comparación a una polea donde se requiere la fuerza del hombre. Se utilizan en talleres o industrias para elevar y colocar elementos y materiales muy pesados en las diferentes máquinas-herramientas o cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio acoplado a una máquina, o pueden ser móviles guiados por rieles colocados en los techos de las naves industriales.

Los polipastos tienen distintas capacidades de elevación dependiendo de la carga que pueden llegar a levantar. Es posible aumentar la capacidad de elevación aumentando el número de ramales de un polipasto. Por ejemplo, un polipasto de 500 Kg con un ramal puede tener una capacidad de sólo 500 Kg, pero si se configura con 2 ramales y se utilizan los accesorios adecuados el mismo polipasto puede levantar 1.000 Kg. Para poder alcanzar capacidades muy altas de elevación a veces es necesario el uso de un conjunto de varios polipastos con varios ramales junto a una pasteca especial. Los polipastos pueden ser de cable o de cadena y manuales, de palanca o eléctricos.

Polipastos de Cadena Los polipastos de cadena son por lo general de uso industrial aunque esto último puede cambiar. Su capacidad es de 1 y 2 toneladas generalmente. Estos son operados con un mando alambico de corta distancia.

Polipastos de Cable Estos polipastos en comparación con los de cadena ofrecen una mayor capacidad de carga donde van de 1.5 a 60 toneladas de capacidad de carga. En este caso su control remoto viene equipado con sistema de paro de emergencia para cualquier situación de peligro

Polipastos en grúas mono puente Cuando se requiere un polipasto de cable con capacidad de 1.5 a 10 toneladas, estos son instalados en grúas mono puentes. Este tipo de grúa cuenta con un solo brazo por donde el polipasto se desplaza.

Polipastos en grúas Bipuentes Cuando se requiera un polipasto de cable con capacidad de 3 a 60 toneladas, estos son colocados en grúas bipuente. Estas grúas son dos vigas que funcionan como rieles para el polipasto.

Ambos tipos de polipastos (cadena y cable) son totalmente funcionales por años, así como confiables, su mantenimiento y revisión debe ser periódica. También se debe tomar en cuenta saber claramente los límites de carga de cada uno para así evitar situaciones de riesgo En su fórmula interviene la fuerza que debe realizar el objeto o persona para levantar la resistencia y el número de poleas que intervienen en el levantamiento de la resistencia Su fórmula es:

Ejemplo:

EJERCICIOS Ejercicio 1. Con un polipasto de 5 poleas se desea levantar un peso de 1 Tm. Calcular la fuerza precisa para elevarlo, el rendimiento mecánico y dibujar el sistema. Solución: Aplicando directamente la expresión del polipasto, se tiene: R 100 F= = =200 Kg . n 5 Seremos capaces de levantar los 1000 Kg efectuando una fuerza de 200 Kg. El rendimiento mecánico será: Carga 1000 n= x 100= x 100=50 Esfuerzo 200

Ejercicio 2. Disponemos de un motor capaz de ejercer una fuerza de 10.000 Nw. Y queremos levantar un peso de 10.000 Kp por medio de un polipasto. Calcular el número de poleas que deberemos instalar en el polipasto para que nuestro motor sea capaz de elevar este peso. Solución: Como el problema nos ofrece los datos en dos unidades diferentes, en primer lugar deberemos homogeneizarlas. Recordando que 1 Kp. = 9.8 Nw, tendermos que: 10.000 Kp = 98.000 Nw Aplicando la expresión del polipasto y despejando n, se obtiene:

R=

P P 98.000 ⟹ n= = =9.8 poleas . n R 10.000

Como evidentemente las ruedas deben ser un número entero, se montan 10 ruedas en el polipasto para que el mecanismo sea capaz de elevar la carga.

Ejercicio 3.

Disponemos de un torno cuyo tambor de enrollamiento tiene un radio de b = 10 cm. Y la manivela es de a = 1 m. Para mover una carga de 100 Kg. ¿Qué fuerza tendremos que aplicar en el extremo de la manivela? Solución: El ejercicio nos da las unidades de los brazos en unidades diferentes, con lo que el primer paso a efectuar será convertirlas, de forma que la longitud de la manivela la pasaremos a cm. 1 m = 100 cm Aplicando la expresión del torno, se tiene: P× a=R× b ⇒ P ×100=100× 10⇒ P=10 Kg. Con 10 Kg. De fuerza, seremos capaces de mover los 100 Kg de la carga. Ejercicio 4. Una grúa dispone de un tambor para enrollar el cable con un diámetro de 40 cm en el que esta acoplado una polea de 40 cm de radio donde recibe la fuerza del motor. El sistema motor es capaz de ejercer una fuerza de 500 Kg sobre la polea y se desea conocer la carga máxima que es capaz de elevar esta grúa. Solución: El primer detalle a tener en cuenta es que el ejercicio nos da el diámetro del tambor y el radio de la polea. Con lo que a efectos del cálculo, deberemos convertir el diámetro del tambor en radio, o sea, 20 cm.

Resulta esta pequeña dificultad, aplicamos la expresión del torno: P× a=R× b ⟹ 5.000× 40=R× 20

Despejando R en esta expresión, se obtiene: R = 10.000 Kg.

Ejercicio 5. La grúa del ejercicio anterior esta provista de un polipasto de 4 poleas. Calcular la carga máxima que es capaz de elevar. Solución: Aplicando directamente la expresión del polipasto, se obtiene: F=

R ⟹ R=F × n=10.000 × 4=40.000 Kg=40Tm . n

Resumen ALMACENAMIENTO, MANIPULACIÓN Y TRANSPORTE En casi todas las actividades es necesario desplazar los materiales para desarrollar las distintas fases del proceso productivo, procediendo al transporte y al almacenamiento de todas las materias primas, materiales en proceso, productos terminados y materiales auxiliares. Los medios empleados para esta manipulación y/o transporte, deben estar de acuerdo con el tamaño, forma y volumen del material y distancia a recorrer. La mayoría de las operaciones de transporte y almacenamiento se encuentran en la actualidad altamente mecanizadas, existiendo gran variedad de equipos de elevación y manutención mecánica que realizan esta función. Entre los distintos equipos de manutención mecánica encontramos: Equipos de elevación (grúas, puentes-grúa, polipasto, montacargas,...). Equipos de transporte y elevación (carretillas elevadoras,...). Equipos de tracción (cabestrantes, tractel,...). Equipos continuos (cintas transportadoras,...).

CONCLUCIONES

Como conclusión general podemos decir que los POLIPASTOS han sido una valiosa invención que ha contribuido enormemente a ayudar al ser humano a levantar pesos muy grandes con muy poca fuerza ya que reparte el peso de manera inversamente proporcional al número de poleas que se utilicen.

Queda en nosotros en realizar el suficiente análisis para poder decidir adecuadamente, cuál de todos los tipos de polipastos que existen elegir, según la necesidad que tengamos y la dificultad que enfrentemos en el momento de necesitarlos.

BIBLIOGRAFIA http://es.wikipedia.org/wiki/Polea http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/operadores/ope_polea.htm http://www.buenastareas.com/ensayos/Polipastos/4579269.html https://docs.google.com/document/d/1FoYGNXgZdpLJr-le4T3wWMYZVEc05KzFJNwhvMzv9c/edit

http://clubabismo.es/Tecnica/Polipastos/Polipastos.html