Sin grúas, gran parte de nuestro mundo moderno simplemente no existiría. Si bien hay más tipos de grúas de las que queremos contar, la mayoría de ellas funcionan con los mismos principios básicos. Sí, hay diferencias notables entre una grúa torre y un manipulador telescópico. Pero, en esencia, todas las grúas funcionan de la misma manera: utilizan una combinación de máquinas simples que brindan una ventaja mecánica para el izaje de cargas, de hecho pueden levantar y mover cargas pesadas, de más de 500 toneladas.
Las grúas funcionan mediante el uso de máquinas simples
Las máquinas simples son herramientas básicas, generalmente sin partes móviles, que facilitan el trabajo. Las palancas y los fulcros, la máquina simple más básica, datan de hace miles de años. Un martillo sacaclavos es un buen ejemplo de palanca y punto de apoyo. Cuando se usa la garra para extraer un clavo, la cabeza del martillo actúa como punto de apoyo y el mango actúa como palanca.
Palanca y fulcro
Para extraer el clavo sin martillo, podría intentar agarrarlo entre los dedos y tirar con todas sus fuerzas. Pero la fuerza requerida para jalar ese clavo aunque sea una pulgada probablemente sea más de lo que puedas reunir. El martillo te permite cambiar la dirección en la que aplicas tu poder, empujando hacia adelante en lugar de tirar hacia arriba. También le permite aplicar menos fuerza sobre una distancia mayor para mover el clavo esa pulgada.
De aquí es de donde proviene la ventaja mecánica de una palanca y un punto de apoyo. Imagínese agarrar un clavo con la garra de un martillo y apoyar la cabeza del martillo contra la pared para usarlo como punto de apoyo. Cuanto más cerca esté el punto de apoyo del clavo, más lejos tendrá que mover el mango para extraer el clavo.
Como ejemplo, digamos que mover el clavo 1 pulgada requiere mover el mango 10 pulgadas. Dado que está moviendo el mango 10 veces más que el clavo, solo necesita aplicar 1/10 de la fuerza.
Palancas en Grúas
Las grúas utilizan este mismo principio básico para ayudarse a mover cargas pesadas. Sus brazos largos (también conocidos como plumas) actúan como palancas. El pasador central de la grúa es el punto de apoyo, como la cabeza del martillo. La carga que se levanta es la fuerza de resistencia, como el clavo. Y el motor proporciona la fuerza del esfuerzo, como usted empujando el mango del martillo.
La longitud de la pluma nunca cambia, pero el operador de la grúa ajusta su ángulo para levantar, bajar y mover la carga. Debido a que la carga (fuerza de resistencia) está más alejada del pasador central (punto de apoyo) que el motor (fuerza de esfuerzo), las grúas deben aplicar más fuerza en una distancia más corta para mover la carga.
Cómo funcionan los contrapesos de grúa
Para elevaciones grandes, se fijan contrapesos que pesan varios cientos de toneladas a la base de la grúa para evitar que vuelque durante las elevaciones. La carga está más alejada del pasador central que los contrapesos. Entonces, para mantener la grúa en posición vertical, los contrapesos deben ser más pesados que la carga misma.
Los contrapesos en realidad deben transportarse al lugar de trabajo en sus propios camiones. Sería imposible que una grúa móvil se moviera con todo ese peso. Además, la construcción de la grúa en el sitio brinda variabilidad en la cantidad de contrapeso que se agrega para completar el proyecto de manera eficiente.
El propio peso de la grúa también sirve como contrapeso. Por lo tanto, para elevaciones más pequeñas, es posible que la grúa no necesite pesos adicionales. Sin embargo, esto solo es cierto para camiones grúa pequeños que no tienen un contrapeso adicional. Las grúas todoterreno hidráulicas viajan con al menos una carga de contrapeso por defecto.
Ya sea que una elevación requiera o no contrapesos adicionales, los estabilizadores ayudan a reducir el peso necesario para mantener la grúa en posición vertical al distribuirlo a lo largo de una mayor distancia. Los estabilizadores son patas que se extienden desde la base de la grúa, levantándola de sus ruedas para mayor estabilidad.
La pluma no es la única palanca de una grúa. Cuando una elevación requiere un alcance mayor que el que la pluma puede proporcionar por sí sola, los operadores pueden colocar un brazo en el extremo de la pluma. Hay dos tipos fundamentalmente diferentes de plumines: extensiones de pluma y plumines abatibles.
En algunas grúas, el brazo siempre está unido a la grúa. Estos se conocen como foques abatibles. En otros modelos, una segunda grúa levanta el brazo para colocarlo en su lugar de modo que pueda sujetarse al brazo de la grúa principal. Cuando se usa para este propósito, la segunda grúa se denomina grúa auxiliar. No es un diseño único, solo una grúa más pequeña que ese día estaba levantando un brazo.
Una vez colocadas, las extensiones de la pluma se extienden directamente desde la pluma. Los plumines abatibles, por otro lado, pueden ajustar su ángulo a media elevación. Puede ver un plumín abatible que se extiende desde la pluma de una grúa móvil en la imagen de arriba.
Los cables por encima y por detrás del plumín son cuerdas de sujeción que se utilizan para cambiar el ángulo del abatible. Y desde la parte trasera de la botavara se extiende el mega ala, que brinda apoyo para mantener estable el foque.
Cuando el operador de la grúa ajusta el ángulo de la pluma, el extremo más alejado de la pluma se mueve una distancia mucho mayor que el punto más cercano a la pluma. La grúa mueve el brazo aplicando fuerza en el extremo más cercano a la pluma. Por lo tanto, debe aplicar una fuerza mayor en una distancia más corta.
Las plumas y los brazos son los mejores ejemplos de cómo una grúa usa palancas para trabajar. Pero si es tan inteligente como esperamos que sea, probablemente ya haya notado que las grúas son más complejas que los martillos.
Poleas
Las grúas también funcionan mediante poleas. Las poleas más simples no son más que una rueda mantenida en su lugar (fija) con una cuerda enrollada sobre ella. Si desea levantar una carga, puede unir un extremo de la cuerda a la carga y tirar hacia abajo del otro extremo de la cuerda. En lugar de proporcionar una ventaja mecánica, las poleas fijas cambian la dirección de la fuerza de elevación.
Cuando la rueda de una polea puede girar, se denomina polea móvil o roldana. Estos proporcionan una ventaja mecánica. A diferencia de las poleas fijas que están unidas a objetos estacionarios, las poleas están unidas a la carga que desea levantar o a otra polea. Al igual que el mango del martillo, las poleas le permiten reducir la fuerza necesaria para levantar un objeto aplicando esa fuerza a una distancia mayor.
Usando solo una polea fija para levantar una carga, la fuerza que aplica a la cuerda es la misma que usaría para levantar la carga sin la polea. Debido a que la fuerza no cambia, estos sistemas no ofrecen una ventaja mecánica. Cada sección de cuerda que soporta la carga aumenta la ventaja mecánica de la máquina.
Un breve resumen de cómo funcionan las grúas
La pluma de una grúa actúa como una palanca, lo que permite que el motor aplique una mayor fuerza en una distancia más corta para levantar la carga. Además, obliga a las grúas a utilizar contrapesos más pesados que la carga para evitar que la grúa vuelque durante los izajes.
Un cable de acero conecta la pluma a la carga a través de una serie de poleas. Estas poleas ayudan a distribuir el peso de la carga sobre múltiples secciones de cable de soporte, lo que aumenta la tracción de la línea de la grúa.