Comprender los tipos de poleas y sus aplicaciones prácticas

¿Qué es una polea?

Una polea es un componente mecánico utilizado para transmitir movimiento desde un eje a una correa o cuerda y viceversa. Las poleas y correas son los medios más sencillos y comunes de transmisión de potencia.

Una polea es un tipo de rueda montada sobre un eje diseñada para cambiar la dirección de una correa y soportar la transferencia de potencia entre el eje y la correa. La polea tiene una ranura en el interior de la brida alrededor de su circunferencia para sujetar el cable o la correa.

El elemento principal de un sistema de poleas es una cuerda, cable, correa o cadena. La polea fijada al eje o la polea que mueve a otras poleas se denomina "polea motriz". Las poleas movidas por la polea motriz se llaman "poleas conducidas". Las poleas están disponibles en tamaños pequeños y grandes.

Podemos aumentar o disminuir fácilmente la velocidad de transmisión de potencia en términos de engranajes y ejes utilizando poleas grandes y pequeñas.

Partes de una polea

A continuación se describen las partes de una polea:

1. Cara
2. Cubo
3. Brazos
4. Agujero (bore)

1. Cara

La parte que contiene la periferia de la polea se llama cara. Se extiende algo desde el centro y desciende desde los lados. La parte central saliente se denomina corona. La cara puede ser lisa o tener una ranura en "V".

2. Cubo

El cubo es la parte central de una polea, que tiene un orificio para el eje. Existen tres tipos:

a) Cubo macizo: Solo se ajusta un eje de un tamaño particular. Para ejes de diferentes tamaños, se utiliza con diferentes orificios.

b) Cubo ranurado: Tiene una ranura en un lado que se aprieta con una tuerca y un tornillo después de colocar el eje. También se fabrica en una sola pieza. Puede usarse con ejes de diferentes diámetros.

c) Cubo partido: Este tipo de cubo se fabrica en dos partes. Para montar estas dos partes en los ejes se utilizan dos tuercas y tornillos. Sus caras están hechas de dos piezas. Pueden utilizarse para ejes grandes y pequeños del mismo tipo.

3. Brazos

Las piezas de unión que unen la cara y el cubo de la polea se llaman brazos. Su número depende del diámetro de la polea y su uso. Pueden ser cuatro, seis u ocho.

4. Agujero (Bore)

El orificio en el cubo se llama agujero. Se realiza una chaveta en el orificio, con la cual el eje y la polea se bloquean.

Tipos de poleas

Para diferentes máquinas y trabajos, se utilizan los siguientes tipos de poleas:

1. Polea fija
2. Polea móvil
3. Polea compuesta
4. Polea de bloque y aparejo
5. Polea escalonada
6. Polea de ranura en "V"
7. Polea cónica
8. Polea tensora (jockey)
9. Polea redonda
10. Polea rápida y libre
11. Polea de transportador

1. Polea fija

En este tipo de sistema de poleas, la polea está unida a un punto fijo y la cuerda al objeto. La rueda y el eje de la polea fija están diseñados para permanecer en un solo lugar. Consiste en un tambor fijado a un único punto.

En este caso, se tira de un lado de la cuerda hacia abajo y el otro lado sube. Se utiliza la misma fuerza para tirar hacia abajo que para levantar el objeto a mano. Sin embargo, se cambia la dirección de la fuerza. Esto es útil porque al tirar hacia abajo se puede aprovechar el propio peso corporal.

2. Polea móvil

En este tipo de polea, la cuerda está unida a un punto fijo y el otro extremo queda libre. La polea se sujeta al objeto que se desea mover. Al tirar de la cuerda, esta se mueve y la polea eleva el objeto. Este sistema es perfecto para elevar un objeto situado debajo a un nivel superior.

Si ambos lados del sistema de polea móvil están fijos y la cuerda está tensada entre puntos fijos, el sistema funciona como una rueda y eje porque el objeto puede desplazarse a lo largo de la cuerda si se le aplica una fuerza.

3. Polea compuesta

En el caso de una polea compuesta, consta de poleas fijas y móviles, lo que hace la carga más ligera y permite cambiar la dirección de la fuerza. Son ideales para cargas muy pesadas, aunque a veces se necesita mucha velocidad para realizar el trabajo correctamente.

Está diseñada para que el esfuerzo sea menos de la mitad de la carga real. Estos sistemas se instalan típicamente en obras de construcción y en grúas para levantar objetos pesados como hormigón y acero. También se conoce como sistema de polea combinado.

4. Polea de bloque y aparejo

Una polea de bloque y aparejo es un sistema de dos o más poleas unidas por cuerda o cable para elevar cargas masivas. Estas poleas se disponen para formar un bloque y luego los bloques se conectan de modo que uno es estacionario y el otro se mueve con la carga.

Para obtener ventaja mecánica, la cuerda se enhebra en la polea, lo que aumenta la fuerza aplicada. Estas poleas se utilizan generalmente para levantar pesos grandes o aplicar gran fuerza en cualquier dirección.

5. Polea escalonada

Puede denominarse un grupo de varias poleas. Las caras de las poleas se escalonan, con poleas de diferentes diámetros fijadas en secuencia. Al tener forma de escalones, se le llama polea escalonada.

Se utiliza donde es necesario aumentar o disminuir la velocidad de la polea conducida para diversos trabajos, por ejemplo, taladros, tornos, etc. A menudo se usan en pares.

6. Polea de ranura en "V"

En la cara de esta polea se mecaniza una ranura con forma de la letra "V". Se usa en motores eléctricos y automóviles. Se emplea una correa especial en "V" con estas poleas. En algunas poleas se mecanizan más de una ranura en "V".

Estos tipos de poleas se utilizan para transmisión de potencia en trabajos pesados. Con el uso de más de una correa en "V", hay menos posibilidades de deslizamiento de potencia.

7. Polea cónica

Se usa en un conjunto de dos poleas (pares) y es cónica. Un taper similar se mecaniza en ambas poleas. Se montan de modo que el extremo grande de una quede opuesto al extremo pequeño de la otra, de modo que el movimiento de la correa provoque un cambio de velocidad. Con esta polea se pueden obtener velocidades adecuadas para diferentes trabajos.

8. Polea tensora (Jockey)

Un problema común al usar estas poleas es que con el tiempo sus correas se aflojan y comienzan a deslizarse, provocando pérdida de potencia.

Para superar este problema, se utiliza una tercera polea con el par de dos poleas como se muestra en la figura. Se llama polea tensora. Esta polea es autoajustable y mantiene la correa tensa cuando se afloja.

9. Polea redonda

En la cara de este tipo de polea se mecaniza una ranura redonda. Se utilizan correas o cuerdas redondas para accionarla. También puede fabricarse como una polea escalonada.

10. Polea rápida y libre

Estas poleas se usan en máquinas que se arrancan o paran rápidamente. Se usan en pares de dos poleas pequeñas, montadas en un contraeje. Una polea se fija al contraeje con una "chaveta" u otro medio y la otra polea se monta con disposición para rotación libre.

Cuando se va a operar la máquina, la correa se monta en la polea fija. Esta polea se conoce como polea rápida. Cuando se va a parar la máquina, la correa se desliza hacia la polea independiente, conocida como polea libre.

Su principal ventaja es que podemos apagar la máquina mientras el eje principal sigue girando con un motor eléctrico o motor de combustión. Se proporciona una palanca para deslizar la correa.

11. Polea de transportador

Estos tipos de poleas se usan como polea motriz en el contraeje de máquinas que son accionadas por un solo motor eléctrico o de combustión y un contraeje. Sus caras son adecuadamente anchas y se usan correas planas.

El sistema transportador usa una polea de transportador para ayudar a cambiar la dirección de la cinta transportadora, accionar la cinta y proporcionar tensión a la cinta.

Están fabricadas con carcasas laminadas, discos de extremo flexibles y conjuntos de bloqueo. Se colocan en un extremo del transportador o junto al transportador sobre un motor.

Polea de correa plana

Las poleas de correa plana son ideales en sistemas de transmisión. Son accionadas por correas planas, típicamente tienen altas velocidades y se usan en aplicaciones de baja potencia en textiles, fabricación de papel, impresoras de computadora y transportadores.

La correa plana es más barata que la correa usada en una polea de correa serpentina. Las correas planas operan en poleas planas y tensores de correa plana y no requieren una polea de correa plana acanalada. Un tensor de polea plana también puede usarse para la parte trasera de una correa en V tradicional.

Una ventaja de usar esta polea es que en caso de sobrepar, la correa puede deslizarse, evitando así daños a otros equipos aparte de la correa.

Tipos de poleas de correa plana

Los siguientes son los tipos de poleas de correa plana:

1. Polea partida o de hierro fundido
2. Polea de papel
3. Polea de acero
4. Polea de madera

1. Polea partida o de hierro fundido

Estos tipos de poleas están hechos de hierro fundido y tienen aros redondos. Este tipo de polea consta de dos partes: la cara y el cubo. Su especialidad es que puede usarse en poleas de diferentes tamaños, grandes y pequeñas. Se usa en una sierra.

Se utilizan en diversos sectores industriales. Las poleas de hierro fundido se usan a menudo en extracción de petróleo e industrias de ingeniería. Debido al bajo costo, son asequibles para cualquier industria.

2. Polea de papel

La polea de papel se fabrica de modo que la parte exterior es de fibras de papel comprimido y la interior de metal. Este tipo de polea se acopla a un motor eléctrico en un sistema de transmisión por correa cuando la distancia entre ejes es corta.

3. Polea de acero

Como su nombre indica, estas poleas están hechas de láminas de acero. La polea se fabrica en dos partes que se unen. Las poleas de acero vienen equipadas con casquillos intercambiables para ejes de diferentes tamaños.

La polea de acero proporciona un coeficiente de fricción con correa de cuero al menos igual al de una polea de hierro fundido. Son más resistentes, duraderas y ligeras (hasta un 40-60% menos) que las de hierro. Estas poleas suelen diseñarse para funcionar a altas velocidades.

4. Polea de madera

Las poleas de madera son ligeras y tienen un coeficiente de fricción más alto comparado con las de hierro fundido o acero. Están hechas de arce colocado en secciones y pegado bajo fuerte presión.

Estas poleas pueden ser macizas o partidas con cubo de hierro fijado por tornillos o casquillos ajustables que evitan la resistencia por fricción entre ellas y el eje. Se usan mayormente en accionamientos de motor porque el arco de contacto entre la cara de la polea y la correa es limitado.

Ventajas del sistema de poleas

1. El esfuerzo se reduce al levantar cargas pesadas con poleas, proporcionando así una ventaja mecánica.
2. El proceso de elevación es silencioso, por lo que es un proceso sin ruido.
3. Puede cambiar la dirección de la fuerza aplicada.
4. Minimiza la cantidad de fuerza real necesaria para levantar objetos pesados.
5. Las poleas son más baratas y fáciles de fabricar que los engranajes.
6. Sin embargo, el sistema de poleas consta de partes móviles, por lo que no se requiere lubricación.

Desventajas del sistema de poleas

1. Usa fricción al transferir movimiento, por lo que existe posibilidad de deslizamiento.
2. No es adecuado para transferencia de potencia muy alta a altas RPM.
3. La cuerda sufre fatiga y fluencia al trabajar durante mucho tiempo.
4. Si levantas objetos pesados, la distancia de elevación puede aumentar.
5. Los sistemas de poleas no son tan fiables como los sistemas de engranajes.

Ejemplos de poleas

Los siguientes son ejemplos comunes que muestran dónde se usan las poleas:

1. En ascensores, se usan múltiples poleas para realizar la tarea.
2. Un sistema de elevación de carga es un sistema de poleas que permite izar objetos a pisos superiores.
3. Las poleas de construcción se usan para levantar y mantener materiales pesados en su lugar.
4. Varios equipos de ejercicio usan poleas para realizar sus funciones.
5. En teatros, las películas se mueven usando un sistema de poleas que separa las pantallas.
6. Los cristales de las ventanas se operan usando un sistema de poleas para subirlos y bajarlos.
7. La cuerda para tender ropa usa un sistema de poleas para acercar fácilmente la ropa al cliente.
8. Los techadores también pueden usar poleas para subir el techo en lugar de intentar subir todas las tejas.
9. Una grúa es un tipo de sistema de poleas usado en construcción.
10. La excavadora también es un gran ejemplo que usa un sistema de poleas.
11. Una polea se usa para extender la escalera.
12. Las velas de los veleros se izan y bajan usando un sistema de poleas.
13. Las puertas de garaje usan un sistema de poleas para subir y bajar la puerta.
14. Los escaladores usan poleas para ayudarles a subir.
15. La correa de distribución en los coches es un ejemplo perfecto de poleas.

Conclusión

Como hemos discutido, una polea es una rueda con aros acanalados que funciona para cambiar la dirección de la fuerza ejercida sobre la cuerda y se usa para levantar pesos pesados. Hay muchos tipos de poleas y sus funciones también difieren entre sí.

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