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Polipastos: ventaja mecánica real vs teórica
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Por Héctor del Campo
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36 comentariosen Polipastos: ventaja mecánica real vs teórica
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Ventaja mecánica real
Cuando hablamos de la ventaja mecánica de un polipasto nos referimos al valor teórico que ofrece la configuración de poleas instalada. Sin embargo, la realidad es que la ventaja mecánica (en adelante VM) realmente obtenida es, en todos los casos, muy inferior al valor teórico ¿Cuánto exactamente? La respuesta fácil es ¡depende de muchos factores!, aunque basta con decir que una mala optimización del sistema montado puede, en los peores casos, reducir la VM a cero. En este artículo se repasan un par de métodos para calcular fácilmente las VM teóricas y reales de cualquier polipasto.
Contenido [ocultar]
1 Conceptos básicos
1.1 Polipasto
1.2 Ventaja mecánica
1.3 Polea simple
1.4 Polea móvil
2 T-System: cálculo de la VM teórica
3 Parámetros limitadores
4 Cálculo de VM real
5 Optimización del sistema
6 Conclusión
Conceptos básicos
Antes de meternos en harina, vamos a repasar una serie de conceptos básicos:
Polipasto
Podemos definir un polipasto como una combinación de poleas fijas y móviles recorridas por una cuerda que tiene uno de sus extremos conectado a un punto fijo. Su función principal no es otra que el desplazamiento de objetos demasiado pesados como para ser manipulados de forma exclusiva por la fuerza de una persona.
Ventaja mecánica
Se define como la relación que existe entre la fuerza resistente (r) y la potencia (p), o lo que es lo mismo, entre la carga que queremos desplazar y la fuerza que debemos aplicar. Dicha relación se expresa matemáticamente así:
VM = resistencia / potencia
Así, por ejemplo, es habitual hablar de polipastos 3:1, 4:1, 6:1, 9:1, etc. para referirnos a sistemas que nos permiten desplazar una carga realizando un esfuerzo 3, 4, 6 ó 9 veces inferior al que deberíamos aplicar en un sistema 1:1, es decir, en un sistema con ventaja mecánica nula.
Polea simple
Cuando al desplazar una carga, una polea no experimenta ningún movimiento de translación, hablamos de polea fija. En esta clase de poleas las tensiones (fuerzas) a ambos lados de la cuerda son iguales (T1 = T2) y por tanto éstas no reducen la fuerza necesaria para levantar un cuerpo, es decir, no aportan ventaja mecánica alguna. Sin embargo permiten cambiar el ángulo en el que se aplique esa fuerza y transmitirla hacia el otro lado de la cuerda.
Polea móvil
Cuando al desplazar una carga, una polea sí experimenta un movimiento de translación, hablamos de polea móvil. En esta clase de poleas la fuerza para lograr el equilibrio se divide por dos siempre y cuando las cuerdas trabajen de forma paralela (sin formar un ángulo). En otras palabras, la ventaja mecánica de una polea móvil es del 50% ó 2:1. Como consecuencia de esta ganancia, al reducir la fuerza ejercida, se multiplica por 2 la distancia del recorrido: para elevar una carga 10 metros, tendríamos que pasar 20 metros por el sistema.
T-System: cálculo de la VM teórica
Si bien existen una serie de pautas que permiten determinar la VM teórica de ciertas instalaciones (como contar el nº de poleas móviles o el número de segmentos de cuerda que soportan la carga), éstas son específicas a cada tipo de polipasto (simple, compuesto o complejo), y no funcionan con los polipastos complejos.
Sin embargo, existe un método que permite calcular la VM de cualquier instalación, conocido en inglés como “T system”, algo así como “método de las T”.
Su funcionamiento es el siguiente:
Paso 1: la tensión “T” será siempre una unidad. “T” es la tensión que una persona o un equipo puede aplicar a un polipasto.
Paso 2: la tensión “T” es igual a ambos lados de la polea, o lo que es lo mismo, si en una polea entra una cuerda con una tensión igual a “T”, ésta saldrá con idéntica tensión.
Paso 3: las tensiones se suman en el vértice de cada polea debido al “efecto polea”: la polea soporta T + T = 2 T. Si la polea va conectada a un bloqueador, la suma de las tensiones (2T) se transmitirá al segmento de cuerda al que vaya conectado dicho bloqueador.
Paso 4: siempre se empieza a contar el nº de “T” desde el extremo del polipasto que recibe la tracción inicial (es decir desde el extremo opuesto a la carga).
Este sistema también permite calcular la carga que reciben los anclajes. De hecho, una buena manera de averiguar si hemos hecho un cálculo correcto es comprobando que la suma de las cargas que soportan los anclajes y la mano tractora es exactamente igual a la ventaja mecánica obtenida. Es decir, si por ejemplo obtenemos una VM de 3:1, la mano tractora recibirá siempre 1T y el o los anclajes del sistema recibirá el resto, en este caso 2T.