Aparejo

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Un polipasto, bloque y aparejo o solo aparejo es un sistema de dos o más poleas con una cuerda o cable enhebrado entre ellos, generalmente utilizado para levantar cargas pesadas.

Las poleas se ensamblan para formar bloques y luego los bloques se emparejan para que uno quede fijo y el otro se mueva con la carga. La cuerda se enrosca a través de las poleas para proporcionar una ventaja mecánica que amplifica la fuerza aplicada a la cuerda.

Hero of Alexandria describió grúas formadas a partir de conjuntos de poleas en el primer siglo. Las versiones ilustradas de Hero's Mechanica (un libro sobre el levantamiento de pesos pesados) muestran los primeros sistemas de bloqueo y derribo.

Visión general

Un bloque es un conjunto de poleas o poleas 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 denomina " enhebrado ", y se dice que un bloque y un aparejo roscados han sido "rove". Un sistema de bloqueo 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 desplazan, las tareas se realizan con equipos pesados.

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

Ataque de pistola: 2
Aparejo de grátil: 3
Entrada doble: 4
Abordaje de ginecología: 5
Compra triple: 6

Tenga en cuenta que el aparejo de pistola, el aparejo doble y la compra triple tienen el mismo número de poleas en ambos bloques (uno, dos y tres, respectivamente), mientras que el aparejo Luff y el aparejo Gyn tienen bloques no coincidentes con diferentes números de poleas.

Ventaja mecanica

Un bloque y aparejo 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 el número de partes del cable que actúan sobre la carga. La ventaja mecánica de un aparejo dicta cuánto más fácil es transportar o levantar la carga.

Si se desprecian las pérdidas por fricción, la ventaja mecánica de un bloque y un aparejo es igual al número de partes en la línea que se unen o atraviesan los bloques en movimiento; 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),

{displaystyle MA={frac {F_{B}}{F_{A}}}=n,!}

donde F _A es la fuerza de arrastre (o entrada) y F _B es la carga.

Considere el conjunto de poleas que forman el bloque móvil y las partes de la cuerda que soportan 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 en la cuerda es F _A = F _B /n. Por lo tanto, el bloque y el aparejo reducen la fuerza de entrada por el factor n.

La separación de las poleas en el aparejo del cañón muestra el equilibrio de fuerzas que da como resultado una tensión en la cuerda de W/2.
La separación de las poleas en el aparejo doble muestra el equilibrio de fuerzas que da como resultado una tensión en la 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 línea de acarreo y la de la carga acarreada. Una línea 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, se debe tirar de la parte de tracción de la cuerda a 4 metros por segundo. Por lo tanto, la ventaja mecánica de un doble placaje es 4.

Vagar en (des)ventaja

La ventaja mecánica de cualquier aparejo se puede aumentar intercambiando los bloques fijos y móviles de modo que la cuerda se una al bloque móvil y se tire de la cuerda en la dirección de la carga levantada. En este caso, se dice que el bloqueo y el derribo son "rove con ventaja".

"Vaya con ventaja": donde el tirón de la cuerda está en la misma dirección en la que se debe mover la carga. La parte de transporte se tira del bloque móvil.
"Movimiento en desventaja": donde el tirón de la cuerda está en la dirección opuesta a la que se debe mover la carga. La parte de acarreo se tira del bloque fijo.

El diagrama 3 muestra tres partes de la 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.

Al agregar una polea al bloque fijo de un aparejo de pistola, la dirección de la fuerza de tracción se invierte, aunque la ventaja mecánica sigue siendo la misma, Diagrama 3a. Este es un ejemplo del placaje Luff.

Diagrama 3: El aparejo de pistola "rove a ventaja" tiene la cuerda unida a la polea móvil. La tensión en la cuerda es W/3, lo que da una ventaja de tres.
Diagrama 3a: El tackle Luff agrega una polea fija "rove en desventaja". La tensión en la cuerda sigue siendo W/3, lo que da una ventaja de tres.

La decisión de cuál usar depende de consideraciones pragmáticas para la ergonomía total de trabajar con una situación particular. Reeving a ventaja es el uso más eficiente de equipos y recursos. Por ejemplo, si la carga se va a transportar en paralelo al suelo, la ventaja de enhebrar permite que la fuerza de tracción sea en la dirección del movimiento de la carga, lo que permite manejar 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 puede ser más deseable el uso de cables de forma desventajosa incluyen el levantamiento 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 levantador pueda compensar el peso de la carga, o permite tirar hacia los lados, lo que permite múltiples levantadores para combinar el esfuerzo.

Fricción

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

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

donde $Fa}$ es la fuerza aplicada a la parte de arrastre de la línea (la fuerza de entrada), $L$ es el peso de la carga (la fuerza de salida), $norte$ es la ventaja mecánica ideal del sistema (que es lo mismo que el número de segmentos de línea que se extiende desde el bloque en movimiento), y ${displaystyle {textit {ef}}}$ es la eficiencia mecánica del sistema (igual a uno para un sistema ideal sin fricción; una fracción menos que uno para los sistemas del mundo real con pérdidas de energía debido a la fricción y otras causas). Si $S$ es el número de poleas en la compra, y hay aproximadamente un $X$ % de pérdida de eficiencia en cada polea debido a la fricción, entonces:

{displaystyle {frac {1}{textit {ef}}}approx 1+S{frac {x}{100}}.}

Esta aproximación es más precisa para valores más pequeños de $S$ y $X$ . Es posible obtener una estimación más precisa de la eficiencia mediante el uso del factor de fricción de la polea $k$ (que puede obtenerse del fabricante o de las tablas publicadas). La ecuación relevante es:

{displaystyle {textit {ef}}={frac {K^{N}-1}{K^{S}N(K-1)}}.}

Los valores típicos $k$ son 1,04 para poleas con cojinetes de rodillos y 1,09 para poleas con cojinetes lisos (con cable).

La mayor fuerza producida por un aparejo se compensa tanto con la mayor longitud de cuerda necesaria como con la fricción en el sistema. Para levantar un bloque y abordar con una ventaja mecánica de 6 una distancia de 1 metro, es necesario tirar de 6 metros de cuerda a través de los bloques. Las pérdidas por fricción también significan que hay un punto práctico en el que el beneficio de agregar una polea adicional se ve compensado por el aumento incremental de la fricción que requeriría la aplicación de una fuerza adicional para levantar la carga. Demasiada fricción puede dar como resultado que el aparejo no permita que la carga se libere fácilmente, o que la reducción de la fuerza necesaria para mover la carga se considere insuficiente porque también se debe superar la fricción indebida.

Accesorio de línea media

Al instalar un bloque en una línea existente, a menudo es un inconveniente, 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 ancho entre las mejillas fijas para poder deslizar la polea sobre la cuerda. Estos pueden ser extremadamente pequeños y livianos, pero conservan una fuerza significativa debido a la falta de partes móviles.
Una polea de carrillera oscilante es un tipo especial de polea que se puede abrir para engranar con un seno, sin necesidad de pasar la cuerda a través de la polea o quitar la carga del extremo de la cuerda. El bloque de arranque también es la polea de elevación de carga en ciertas disposiciones, como durante el uso en una operación de recuperación.

Los bloques Swing-Cheek se pueden dividir aproximadamente en dos categorías:

Poleas oscilantes: se utilizan para cargas ligeras o redirección de fuerzas, generalmente con una sola rueda de polea (aunque no son infrecuentes varias poleas) y un punto de unión (o varios) para un mosquetón o una eslinga. Las carrilleras no están fijas ni bloqueadas en su posición aparte del dispositivo utilizado para asegurarlas al punto de carga o aparejo.

Los ejemplos de uso (en un entorno de arboricultura) incluyen: cuidado/cuidado de la cola, y para establecer un punto de montaje en el árbol por encima del corte para que tenga lugar, una situación de montaje positiva.

Bloques de arranque o impacto: utilizados para cargas más pesadas y aparejos más dinámicos, las mejillas de estos bloques se fijan en su lugar con un pasador que se traba en la mejilla 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 suave, en lugar de un dispositivo sólido como un grillete. Esto permite una distribución más uniforme de las fuerzas en las caras donde se aplicarán las fuerzas, a diferencia de un mosquetón o un grillete, donde las fuerzas se aplican con más fuerza a las esquinas y los bordes, lo que aumenta el riesgo de deformación o daño.

Los ejemplos de uso (nuevamente, en relación con el cuidado de los árboles) pueden incluir colocar un bloque debajo del corte actual, lo que resulta en una situación de aparejo 'negativa', en la que las cargas de choque pueden ser significativas, especialmente si se eliminan grandes secciones de tallo vertical.

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