Aparejo de poleas

Un polipasto ^{[1] [2]} o solo polipasto ^[3] es un sistema de dos o más poleas con una cuerda o cable enhebrado entre ellas, generalmente utilizado para levantar cargas pesadas.

Las poleas se ensamblan para formar bloques y luego se emparejan los bloques de modo que uno esté fijo y el otro se mueva con la carga. La cuerda se pasa a través de las poleas para proporcionar una ventaja mecánica que amplifica la fuerza aplicada a la cuerda. ^[4]

En el siglo I, Herón de Alejandría describió grúas formadas a partir de conjuntos de poleas. Las versiones ilustradas de la Mecánica de Herón (un libro sobre cómo levantar pesos pesados) muestran los primeros sistemas de poleas y aparejos. ^[5]

Un bloque es un conjunto de poleas o roldanas montadas en un solo marco. Un conjunto de bloques con una cuerda enhebrada a través de las poleas se llama aparejo. El proceso de enhebrar cuerdas o cables a través de bloques se llama " reeving ", y se dice que un bloque y aparejo roscado ha sido "rove". ^[7] Un sistema de bloque y aparejo amplifica la fuerza de tensión en la cuerda para levantar cargas pesadas. Son comunes en barcos y veleros , donde las tareas a menudo se realizan manualmente, así como en grúas y plataformas de perforación , donde una vez que se ha hecho rove, las tareas las realizan equipos pesados.

En el diagrama que se muestra aquí, el número de secciones de cuerda de los aparejos mostrados es el siguiente:

• Aparejos de armas: 2
• Aparejo de orza: 3
• Doble tackle: 4
• Placaje ginecológico: 5
• Compra triple: 6

Téngase en cuenta que en el aparejo de cañón, el aparejo doble y la compra triple, ambos bloques tienen el mismo número de poleas (una, dos y tres, respectivamente), mientras que el aparejo Luff y el aparejo Gyn tienen bloques desiguales con diferentes números de poleas.

Un polipasto 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. Su ventaja mecánica es la cantidad de partes de la cuerda que actúan sobre la carga. La ventaja mecánica de un polipasto determina cuánto más fácil es arrastrar o levantar la carga.

Si se descuidan las pérdidas por fricción , la ventaja mecánica de un polipasto es igual al número de partes de la línea que se unen a los polipastos móviles o pasan a través de ellos; en otras palabras, el número de secciones de cuerda de soporte.

Un bloque y aparejo ideal con un bloque móvil sostenido por n secciones de cuerda tiene la ventaja mecánica (MA), donde F _A es la fuerza de arrastre (o de entrada) y F _B es la carga.$${\displaystyle MA={\frac {F_{B}}{F_{A}}}=n,\!}$$

Considere el conjunto de poleas que forman el bloque móvil y las partes de la cuerda que sostienen este bloque. Si hay n de estas partes de la cuerda que soportan la carga F _B , entonces un balance de fuerzas sobre el bloque móvil muestra que la tensión en cada una de las partes de la cuerda debe ser F _B /n. Esto significa que la fuerza de entrada sobre la cuerda es F _A = ​​F _B /n. Por lo tanto, el polipasto reduce la fuerza de entrada por el factor n.

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  La separación de las poleas en el aparejo del cañón muestra el equilibrio de fuerzas que da como resultado una tensión de la cuerda de W/2.
• 
  La separación de las poleas en el doble aparejo muestra el equilibrio de fuerzas que da como resultado una tensión de cuerda de W/4.

La ventaja mecánica ideal se correlaciona directamente con la relación de velocidad . La relación de velocidad de un aparejo es la relación entre la velocidad de la cuerda de arrastre y la de la carga arrastrada. Una cuerda con una ventaja mecánica de 4 tiene una relación de velocidad de 4:1. En otras palabras, para elevar una carga a 1 metro por segundo, la parte de arrastre de la cuerda debe tirarse a 4 metros por segundo. Por lo tanto, la ventaja mecánica de un aparejo doble es 4.

La ventaja mecánica de cualquier aparejo se puede aumentar intercambiando los bloques fijos y móviles de modo que la cuerda quede unida al bloque móvil y se tire de ella en la dirección de la carga elevada. En este caso, se dice que el aparejo y el bloque se desplazan con ventaja. ^[8]

• "Rove to advantage" (movimiento con ventaja): cuando la tracción de la cuerda se realiza en la misma dirección en la que se debe mover la carga, la parte de tracción se tira del bloque móvil. ^[6]
• "Rove to disadvantage" (desplazamiento en desventaja): cuando el tirón de la cuerda se realiza en la dirección opuesta a la que se debe mover la carga. La parte de tracción se tira del bloque fijo. ^[6]

El diagrama 3 muestra tres partes de cuerda que soportan la carga W , lo que significa que la tensión en la cuerda es W/3 . Por lo tanto, la ventaja mecánica es de tres a uno.

Si se añade una polea al bloque fijo de un aparejo de cañón, se invierte la dirección de la fuerza de tracción, aunque la ventaja mecánica sigue siendo la misma (diagrama 3a). Este es un ejemplo del aparejo Luff.

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  Diagrama 3: El mecanismo de tiro "Rove to Advantage" tiene la cuerda unida a la polea móvil. La tensión de la cuerda es W/3, lo que da una ventaja de tres.
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  Diagrama 3a: El aparejo Luff agrega una polea fija que "se desplaza hacia la desventaja". La tensión en la cuerda permanece en W/3, lo que genera una ventaja de tres.

La decisión de cuál utilizar depende de consideraciones pragmáticas para la ergonomía total de trabajo en una situación particular. El uso más eficiente del equipo y los recursos se logra al acarrear la carga en forma paralela al suelo. Por ejemplo, si la carga se debe transportar en forma paralela al suelo, el uso más eficiente del acarreo permite que la fuerza de tracción se dirija hacia el movimiento de la carga, lo que permite sortear los obstáculos con mayor facilidad.

El enhebrado en desventaja agrega una polea adicional para cambiar la dirección de la línea de tracción a una dirección potencialmente más ergonómica, lo que aumenta las pérdidas por fricción sin mejorar la relación de velocidad. Las situaciones en las que el enhebrado en desventaja puede ser más conveniente incluyen la elevación desde un punto fijo por encima de la cabeza: la polea adicional permite tirar hacia abajo en lugar de hacia arriba para que el peso del elevador pueda compensar el peso de la carga, o permite tirar hacia los lados, lo que permite que varios elevadores combinen el esfuerzo.

La fórmula utilizada para encontrar el esfuerzo necesario para levantar un peso dado usando un bloque y caer:

$${\displaystyle F_{a}={\frac {L}{N}}{\frac {1}{\textit {ef}}}}$$

donde es la fuerza aplicada a la parte de arrastre de la línea (la fuerza de entrada), es el peso de la carga (la fuerza de salida), es la ventaja mecánica ideal del sistema (que es la misma que el número de segmentos de línea que se extienden desde el bloque móvil), y es la eficiencia mecánica del sistema (igual a uno para un sistema ideal sin fricción; una fracción menor que uno para sistemas del mundo real con pérdidas de energía debido a la fricción y otras causas). Si es el número de poleas en la compra, y hay una pérdida de eficiencia de aproximadamente % en cada polea debido a la fricción, entonces: ^{[9] [10]}$Estilo de visualización F_{a}$${\estilo de visualización L}$${\estilo de visualización N}$${\displaystyle {\textit {eff}}}$${\estilo de visualización S}$${\estilo de visualización x}$

$${\displaystyle {\frac {1}{\textit {eff}}}\aprox 1+S{\frac {x}{100}}.}$$

Esta aproximación es más precisa para valores más pequeños de y . ^[10] Es posible realizar una estimación más precisa de la eficiencia mediante el uso del factor de fricción de la polea (que se puede obtener del fabricante o de las tablas publicadas ^[11] ). La ecuación relevante es: ^[11]${\estilo de visualización S}$${\estilo de visualización x}$${\estilo de visualización K}$

$${\displaystyle {\textit {eff}}={\frac {K^{N}-1}{K^{S}N(K-1)}}.}$$

Los valores típicos son 1,04 para poleas con cojinetes de rodillos y 1,09 para poleas con cojinetes lisos (con cable de acero). ^[11]${\estilo de visualización K}$

La mayor fuerza producida por un polipasto se ve compensada tanto por la mayor longitud de cuerda necesaria como por la fricción en el sistema. Para elevar un polipasto con una ventaja mecánica de 6 una distancia de 1 metro, es necesario tirar de 6 metros de cuerda a través de los polipastos. Las pérdidas por fricción también significan que hay un punto práctico en el que el beneficio de añadir una polea más se ve compensado por el aumento gradual de la fricción que requeriría aplicar una fuerza adicional para elevar la carga. Demasiada fricción puede dar lugar a que el polipasto no permita liberar la carga fácilmente ^{[notas 1]} o a que la reducción de la fuerza necesaria para mover la carga se considere insuficiente porque también hay que superar una fricción excesiva.

Al instalar un bloque en una línea existente, a menudo resulta incómodo, en el mejor de los casos, pasar la cuerda a través del bloque que se va a agregar.

• Los bloques abiertos tienen un espacio lo suficientemente amplio entre las patas fijas para poder deslizar la polea sobre la cuerda. Pueden ser extremadamente pequeños y livianos, pero conservan una resistencia significativa debido a la falta de partes móviles.

• Un bloque de carrillo oscilante es un tipo especial de bloque que se puede abrir para engancharlo a un lazo , sin necesidad de pasar la cuerda a través del bloque o quitar la carga del extremo de la cuerda. El bloque de arranque también es la polea de elevación de carga en ciertas configuraciones, como durante el uso en una operación de recuperación. ^[12]

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Los bloqueos de mejillas oscilantes se pueden dividir aproximadamente en dos categorías:

• Poleas de carril oscilante: se utilizan para cargas ligeras o para redirigir fuerzas, generalmente con una sola polea (aunque no es raro que haya varias poleas o carrillos) y un punto de sujeción (o varios) para un mosquetón o una eslinga. Los carrillos no están fijos ni bloqueados en su posición, salvo por el dispositivo que se utiliza para asegurarlos a la carga o al punto de aparejo.

Algunos ejemplos de uso (en un entorno arborícola) incluyen: cuidar la cola y establecer un punto de aparejo en el árbol por encima del lugar del corte que se va a realizar, una situación de aparejo positiva.

• Pastecas de impacto o de arranque: se utilizan para cargas más pesadas y aparejos más dinámicos; las caras de estas pastecas se fijan en su lugar con un pasador que se traba en la cara opuesta. Este pasador puede formar parte del eje de una segunda polea, que se asegura a la carga o al punto de aparejo con una eslinga blanda, en lugar de un dispositivo sólido como un grillete. Esto permite una distribución más uniforme de las fuerzas en las caras donde se aplicarán, a diferencia de un mosquetón o grillete, donde las fuerzas se aplican con mayor fuerza en las esquinas y los bordes, lo que aumenta el riesgo de deformación o daño.

Los ejemplos de uso (de nuevo, en relación con el cuidado de árboles) pueden incluir la colocación de un bloque debajo del corte actual, lo que da como resultado una situación de aparejo "negativo", en la que las cargas de impacto pueden ser significativas, especialmente si se eliminan grandes secciones de tallo vertical.

• M. Oppolzer, T. Wahls: Me gusta moverlo. Flaschenzüge in der Seiltechnik. Hamburgo 2019, ISBN  978-3-9820618-0-1 .
• Técnico de rescate: preparación operativa para proveedores de rescate. St. Louis, Missouri 1998, ISBN 0-8151-8390-9 . 

• Sistema de poleas (modelo y demostración) Aplicación HTML5 de Walter Fendt
• Animaciones de aparejos de vela, nomenclatura y tabla de ventajas mecánicas Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine en Smack Dock Soundings 16