2.1. Transmisión por poleas y correas o cadenas.

poleas
Imagen en Pixabay. CC0

Como veíamos al principio del tema, el hombre siempre ha tratado de encontrar formas de transmitir movimientos de un lugar a otro y, al mismo tiempo, transformar sus características: obtener movimientos con más o menos velocidad, o con más o menos potencia.

Una forma de transmisión de movimiento es a través de sistemas de poleas.

Un sistema de transmisión por correa es un conjunto de dos poleas acopladas por medio de una correa con el fin de transmitir fuerzas y velocidades angulares entre árboles paralelos que se encuentran a una cierta distancia.
La fuerza se transmite por efecto del rozamiento que ejerce la correa sobre la polea.

POLEAS

Las poleas no son más que una rueda (llanta) con un agujero en su centro para acoplarla a un eje en torno al cual giran. Para asegurar el contacto entre polea y correa se talla en la polea un canal o garganta que "soporta" a la correa.
 
En un sistema de transmisión de poleas son necesarias dos de ellas:
  • una conductora, de entrada o motora, que va solidaria a un eje movido por un motor.
  • otra conducida, de salida o arrastrada, también acoplada a un eje y que es donde encontraremos la resistencia que hay que vencer.
En la imagen de la derecha vemos como se representa un sistema de transmisión de movimiento por poleas.
    El movimiento que se transmite a la rueda conducida tiene el mismo sentido que el movimiento de la rueda conductora, mientras que su módulo, como veremos más adelante, depende de los diámetros de las poleas.
     
    Si nos interesa que el sentido de giro transmitido se invierta, deberemos cruzar la correa.
     
    Sistema de transmisión por poleas con inversión del sentido de giro
    Polea cruzada
    Imagen en Texample. Licencia CC

    TRANSMISIÓN POR CORREA

    Como hemos visto, la fuerza que transmiten las poleas es debida al rozamiento que ejerce la correa sobre la polea, por lo que la correa es un elemento decisivo en este sistema de transmisión de movimiento.

    Imagen de Borowski en Wikimedia. Dominio público
    La correa en su funcionamiento está sometida a esfuerzos. Pero sus dos tramos no soportan los mismos esfuerzos; el tramo que va de la rueda motriz la conducida se encuentra flojo, mientras que el otro está totalmente tenso.
    Suelen estar fabricadas de caucho resistente al desgaste y reforzadas con cuerdas para mejorar el comportamiento a tracción.
    Las correas pueden ser de distintos tipos:
    • Trapezoidales: Son las más utilizadas, pues se adaptan firmemente al canal de la polea evitando el posible deslizamiento entre polea y correa.
    • Redondas: Se utilizan correas redondas cuando ésta se tiene que adaptar a curvas cerradas cuando se necesitan fuerzas pequeñas.
    • Planas: Cada vez de menor utilización, se emplean para transmitir el esfuerzo de giro y el movimiento de los motores a las máquinas.
    • Dentadas: Las correas dentadas, que además son trapezoidales, se utilizan cuando es necesario asegurar el agarre. En ellas el acoplamiento se efectúa sobre poleas con dientes tallados que reproducen el perfil de la correa. Este tipo es el más empleado en las transmisiones de los motores de los automóviles.

    El proceso de transmisión del movimiento con correa es un proceso de elevado rendimiento (95-98%) y precio reducido.

    Eso hace que esos mecanismos sean muy empleados en distintos aparatos: electrodomésticos (neveras, lavadoras, lavavajillas...), electrónicos (disqueteras, equipos de vídeo y audio,...) y en algunos mecanismos de los motores térmicos (ventilador, distribución, alternador, bomba de agua...)

    Alternador con polea de arrastre
    Imagen en Mediateca.Licencia CC
    Volvemos a repetir que la finalidad de estos sistemas de transmisión es transmitir movimientos de un lugar a otro pero, sobre todo, modificar sus características: su velocidad y, como consecuencia, la fuerza que puede desarrollar. A continuación vamos a ver la ecuación que nos determina cómo varía la velocidad en esta transmisión. 

    Importante

    Ecuación fundamental de velocidades para transmisiones por correa.

    Ø1·n1 = Ø2·n2

    Donde:   Ø1 es el diámetro de la polea motriz y n1 su velocidad de giro

    y  Ø2 y n2 son el diámetro y a velocidad de la polea conducida.

     

     

    Ecuación de la relación de transmisión (i)

    La relación de transmisión es la relación que existe entre la velocidad de giro del árbol motor y la velocidad del árbol resistente.

     

    AV - Pregunta de Elección Múltiple

    Pregunta

    En un sistema de transmisión por correa:

    Respuestas

    Se transmite movimiento entre ejes paralelos.

    Se transmite movimiento entre ejes perpendiculares.

    Se transmite movimiento entre ejes paralelos o perpendiculares según esté conectada la correa.

    Retroalimentación

    Pregunta

    Las poleas conductora y conducida son:

    Respuestas

    La conducida la que recibe el movimiento del motor, por eso decimos que es conducida.

    La conductora es la que va acoplada al eje motor y la conducida no va acoplada a ningún eje.

    La conductora es la que recibe el movimiento del motor y la conducida la que recibe el movimiento de la conductora.

    Retroalimentación

    Pregunta

    La correa utilizada en la transmisión:

    Respuestas

    Es la que, por el rozamiento con la polea, transmite el movimiento.

    Suele patinar en la polea al estar hecha de caucho.

    Soporta diferentes esfuerzos en sus tramos, lo que hace que se transmita el movimento.

    Retroalimentación

    Cuando se necesitan grandes relaciones de transmisión se recurre a montar trenes de poleas, que son una sucesión de transmisiones, es decir, pares de poleas enlazadas sucesivamente.

    Con las transmisiones de poleas se pueden conseguir cajas de velocidades entre dos árboles paralelos que monten varios pares de poleas escalonadas. Es necesario mantener constantes la velocidad de giro del árbol motor y la longitud de la correa.
    Este es el caso de los taladros de mesa, en los que, con poleas de distinto diámetro, se pueden conseguir velocidades de salida diferentes.
    Elaboración propia

    Ejemplo o ejercicio resuelto

    La cinta transportadora representada en la figura debe girar a 5 rpm. El eje del motor, que gira a una velocidad de 3000 rpm y cuyo diámetro mide 2 mm, está conectado a una polea de 100 mm de diámetro. Sobre el eje de ésta se monta una nueva polea de 8 mm de diámetro que se une, mediante una correa, a la polea que arrastra a la cinta.
     

    Calcula el diámetro de la polea que arrastra al eje de la cinta transportadora.

    TRANSMISIÓN POR CADENA

    La transmisión por cadena es similar a la transmisión por correa. Se efectúa también entre árboles paralelos, pero en este caso, engarzando los dientes de un piñón con los eslabones de una cadena; el acoplamiento entre cadena y dientes se efectúa sin deslizamiento y engranan uno a uno.

    Se emplea cuando se tienen que transmitir grandes potencias con relaciones de transmisión reducidas.

    Detalle de una cadena
    Acoplamiento entre cadena y dientes
    Imagen de Bladeth en Wikimedia. Dominio público Imagen en Wikimedia. Dominio público

    Importante

    Ecuación fundamental de velocidades y relación de transmisión para transmisiones por cadena.

     

    La relación de transmisión es igual que en los sistemas por correa, siendo ahora los diámetros de las ruedas unas circunferencias imaginarias que pasan por el centro de los pasadores de los eslabones de la cadena.

    Así, en lugar de aplicar la fórmula respecto al diámetro, se hace respecto al número de dientes de las ruedas. Llamando Z1 al número de dientes de la rueda motora y Z2 al de la conducida, se tiene que cumplir:
     n1 · Z1 = n2 · Z2
    Y la relación de transmisión (i) se define como:
     

    AV - Pregunta de Elección Múltiple

    Pregunta

    La transmisión por cadena:

    Respuestas

    Puede transmitir más potencia que la de correa.

    Presenta más problemas de deslizamiento.

    No permite relaciones de transmisión pequeñas.

    Retroalimentación

    Pregunta

    Para calcular i en una transmisión por cadena:

    Respuestas

    Utilizamos la misma expresión que cuando es por correa.

    Utilizamos la misma expresión que cuando es por correa, sustituyendo diámetros por número de dientes.

    Utilizamos la misma expresión que cuando es por correa, pero expresando la velocidad en rad/s en lugar de en rpm.

    Retroalimentación