Origen
Hace más de 2.500 años, se utilizaban asistentes mecánicos en forma de grúas en la construcción. Con el tiempo, estos se fueron desarrollando cada vez más. Para mover grandes cargas sin motores, se aplicaban las leyes de la palanca y se aumentaba la fuerza mediante el uso de varios cables y poleas. Estos principios básicos simples pero ingeniosos se siguen aplicando hasta hoy.
¿Qué es una polea compuesta?
Una polea compuesta es una estructura mixta que consta de una cuerda y al menos una polea, y se utiliza para levantar cargas. Al emplear múltiples poleas, se puede reducir continuamente la fuerza necesaria para levantar un peso. Una parte de las poleas tiene una posición fija, mientras que otras son poleas móviles que se desplazan durante el proceso de elevación. La ventaja del aumento de la fuerza debe ser compensada por un recorrido de tracción más largo.
Las cuatro poleas típicas
A continuación, se presentan cuatro variantes de poleas con fuerza de tracción hacia abajo. En el archivo adjunto, primero se ha diseñado una estructura lo más realista posible y debajo una modelización esquemática sencilla para entender mejor el comportamiento.
En cada variante de este ejemplo se trata de levantar un peso de G = 100 N a una altura de u = 100 mm. En esto:
| F | fuerza necesaria para levantar el peso, que en el modelo RFEM corresponde al apoyo inferior izquierdo |
| n | número de secciones de cable soportantes |
| Δl | recorrido de tracción necesario para levantar el peso a u |
En este tipo de poleas, el recorrido de tracción necesario se determina con Δl = n · u.
Implementación 1 : 1 F = G Δl = u
Implementación 1 : 2 F = 0,5 · G Δl = 2 · u
Implementación 1 : 3 F = 1/3 · G Δl = 3 · u
Implementación 1 : 4 F = 1/4 · G Δl = 4 · u
Modelado en RFEM
Al modelar, la cuerda debe introducirse como una polilínea continua con al menos tres nodos. De esta manera, el programa "sabe" que se trata de un elemento en forma de cuerda completa. Luego, se puede asignar el tipo de barra "Cuerda en polea" a esta polilínea. Debe existir un apoyo inamovible o una barra en al menos un extremo de la barra de cuerda para poder transmitir la carga de tracción aplicada. Ya que en una "Cuerda en polea" la tracción debe ser constante, los elementos conectados en su curso no requieren una definición adicional. Los elementos o apoyos de nodos adyacentes reciben las fuerzas de desvío, siempre que la cuerda presente un giro en ellos.
En el modelado, las barras rígidas se colocaron de manera que la fuerza del techo puede leerse en un apoyo. En las poleas móviles se dispusieron apoyos de estabilización adicionales para contrarrestar una inestabilidad.
El recorrido de tracción necesario se aplicó mediante una deformación forzada de nodo.