En este trabajo en particular se analizará el mecanismo polea-correa, ya que no fue analizado en el transcurso del año.

INTRODUCCIÓN

Un mecanismo es un conjunto de sólidos de resistencia medible, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamados pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo objetivo es producir transmisión de movimientos en máquinas reales.

Para analizarlos, hay que basarse en principios del álgebra lineal y la física, para generar esquemas vectoriales y formar sistemas de ecuaciones. Además es importante considerar que es necesario tomar en cuenta conceptos de centro de gravedad, momento de inercia, etc. debido a que los elementos que conforman al mecanismo presentan movimientos relativos de rotación y traslación.

En este trabajo en particular se analizará el mecanismo polea-correa, ya que no fue analizado en el transcurso del año.

DESARROLLO

Comenzaremos describiendo los elementos intervinientes:

POLEA

Las poleas son ruedas que tienen el perímetro exterior diseñado especialmente para facilitar el contacto con cuerdas o correas. Podemos distinguir tres partes:

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• Cuerpo: Es el elemento que une el cubo con la garganta. Algunas veces está formado por radios o aspas para reducir el peso y facilitar la ventilación cuando se instalan las máquinas.
• Cubo: Es la parte central que comprende el agujero, permite aumentar el grosor de la polea para aumentar su estabilidad sobre el eje. Puede incluir un chavetero que facilita la unión, de la polea con el eje o un árbol de leva (para que giren solidarios)
• Garganta: También se llama canal, es la parte donde que entra en contacto con la cuerda o la correa, está diseñada para conseguir el mayor agarre posible. La llanta es la parte más profunda del canal, pudiendo adoptar las siguientes formas:

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CORREAS[pic 3]

Son empleadas para transmitir un movimiento giratorio de un eje a otro.  Esta transmisión mecánica está basado en la unión de dos o más ruedas sujetas a un movimiento de rotación, provocado por la fuerza de fricción suministrada desde la rueda motriz.

Existen tres tipos:

• Correas planas: Tienen sección transversal rectangular. Fueron el primer tipo de correas utilizadas y actualmente fueron reemplazadas por las trapezoidales. Son estudiadas porque su funcionamiento representa la física básica de las correas de transmisión.
• Correas estriadas: Permiten el paso por las poleas tanto de la cara estriada como la cara plana inversa, por lo tanto recorridos más largos y arrastrar más sistemas.
• Correas trapezoidales: Su sección transversal es un trapecio, lo que aumenta las fuerzas de fricción, entre la correa y las poleas con las que interactúan. Son las que han adquirido mayor aplicación en la industria. Tiene mayor capacidad de carga debido a su mayor coeficiente reducido de fricción.

Los tipos pueden estar combinados entre sí para aplicaciones diversas.

CUERDAS

Cambian la dirección de una fuerza utilizadas en poleas empleadas para la tracción y elevación de cargas.

Poseen sección transversal circular.

POLEA DE CUERDA O CABLE[pic 4]

La polea de cable es un tipo de polea cuyo canal ha sido diseñado expresamente para facilitar su contacto con cuerdas, por lo tanto suele tener forma semicircular. La misión de la cuerda es transmitir una potencia (movimiento o fuerza) entre sus extremos.

El mecanismo resultante de la unión de una polea de cable con una cuerda se denomina: aparejo de poleas.

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Existen dos formas básicas

• Polea simple: Polea que está unida a otro operador a través del propio eje. Siempre va acompañada de un soporte y un eje.

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El soporte es el que aguanta todo el conjunto y lo mantiene en una posición fija en el espacio.

El eje tiene la función del eje del giro de la polea y de ser el sistema de fijación de la polea al soporte.

El casquillo es de longitud superior al ancho de la polea para facilitar su giro y las arandelas mejoran la fijación y el giro.

• Polea de gancho: Sustituye el soporte por una armadura a la que se le añade un gancho, un tornillo o un tirafondo.

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Aparejo de poleas

POLEA FIJA: Su eje se mantiene en una posición fija en el espacio evitando su desplazamiento. Se utiliza para reducir el rozamiento del cable en los cambios de dirección y cambiar la dirección de aplicación de una fuerza.

Aplicaciones: Puertas automáticas, sistemas de elevación de cristales de autos, ascensores, poleas de elevación de cargas, etc.

POLEA MÓVIL: Va unida a la carga y se desplaza con ella. Tiene ganancia mecánica por lo que se emplea en forma de polipastos para el movimiento de cargas. Para vencer una resistencia R es necesario aplicar una potencia P ligeramente superior a la mitad de su valor (P>R/2).

POLIPASTO: Es la combinación de poleas fijas y móviles. Su principal utilidad se centra en la elevación o movimiento de cargas.

Aplicación: Grúas, ascensores, montacargas, tensores, etc.

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POLEA DE CORREA 

La polea de correa trabaja necesariamente como polea fija y se une por medio de una correa a otra.

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Aquí se debe evitar el deslizamiento de la correa sobre las poleas, ya que la transmisión de la potencia depende directamente de la adhesión entre ellas. Para esto es necesario que la sección de la correa se adapte a la garganta de la polea.

Esta polea es empleada para transmitir movimiento giratorio enrre dos ejes distantes, permitiendo aumentar, disminuir o mantener la velocidad de giro mientras se mantiene o invierte el sentido.

Aplicaciones: Lavarropas, ventiladores, lavavajillas, pulidoras, bicicletas, cortadoras de carne, taladros, generadores de electricidad, cortadoras de cesped, compresores, tornos.

Ejemplo:

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MECANISMO: BICICLETA

La bicicleta es un medio de transporte que utiliza como insumo energético el trabajo muscular suministrado por un ser humano. El mismo es transmitido a una máquina liviana la cual le permite desplazarse de forma más eficiente consumiendo alrededor de 0,15 calorías por gramo por kilómetro comparado por 0,75 calorías cuando al individuo le toca caminar.

LA BICICLETA transmite el movimiento de las piernas sobre unos pedales enroscados a unas bielas montadas a unos platos dentados y este impulsa, mediante una cadena de transmisión un sistema de piñón libre y este a su vez a la rueda trasera.[pic 13]

Para comprender las fuerzas que intervienen y los movimientos que se desarrollan cuando nos desplazamos en bicicleta vamos a repasar los mecanismos de transmisión que se emplean:

• Plato o corona: es la rueda dentada o engranaje delantero del sistema de transmisión. Se conecta al pedal a través de la biela; y al piñón, a través de una cadena.

• Pedales: La fuerza que con los pies se realiza sobre los pedales, se aplica a través de la biela sobre el plato.

• Cadena: Conecta las ruedas dentadas que forman el engranaje, transmitiendo la fuerza y el movimiento desde el plato hacia el piñón.

• Piñón: Es la rueda dentada trasera del sistema. A través del eje, transmite la fuerza y el movimiento a la rueda trasera de la bicicleta.

• Biela: Es el eje que une el pedal con el plato. Transmite al plato o corona el movimiento y la fuerza que ejerce el pie del ciclista sobre el pedal. Cuanto más larga sea la biela , menor será la fuerza que deberá hacer la persona

EMPLEO POTENCIA GENERADA

La potencia generada por el ser humano se utiliza para vencer la resistencia al movimiento, lo cual se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

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Siendo:

W: potencia transmitida a los pedales (vatios)

N: eficiencia mecánica de la transmisión

F: fuerzas que se oponen al movimiento

V: velocidad de la bicicleta (m/seg)

Entre las fuerzas que se oponen al movimiento encontramos:

La fuerza de la gravedad: El peso del ciclista y de la bicicleta es una fuerza que ejerce la Tierra sobre ambos y que actúan verticalmente y hacia abajo produciendo una acción sobre el suelo. P = mg, donde m es la masa en kg y g es la intensidad de la gravedad, aproximadamente 10 Newton/kg. Por ejemplo a un ciclista que con su bicicleta tuviera una masa de 100 kg le corresponderá un peso de 1000 N.

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