Elevadores: Principios e innovaciones Antonio Miravete \ Emilio Larrodé Grupo l+D Transportes y Vehículos Área de Ingeniería e Infraestructuras de los Transportes Departamento de Ingeniería Mecánica Centro Politécnico Superior de Ingenieros Universidad de Zaragoza
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Elevadores: Principios e innovaciones Copyright © Antonio Miravete Copyright © Emilio Larrodé
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Edición en español Editorial Reverté. S. A, 2007 ISBN: 978-84-291-8012-1 Depósito legal B-19.558-2007 Impreso en España - Printed in Spain
Impreso por überdúplex. S.LU.
Prólogo
Uno de los temas de más relevancia para el ingeniero industrial especialidad mecá nica en el área de transportes es, sin duda, el transporte vertical. Hoy en día todas las edificaciones están condicionadas por el ascensor, el montacargas, la escalera mecánica y el andén móvil hasta tal punto que es difícil imaginarse cualquier tipo de construcción sin algún tipo de los elementos de transporte vertical anteriormente citados. Después de impartir durante veintiséis años la asignatura de Transportes, hemos creído oportuno editar esta obra de carácter docente ya que los libros existentes en la bibliografía ya sea en español o en otro idioma no reunían los requisitos que nos habíamos propuesto en la docencia de este tipo de transporte. Existen, sin duda, libros clásicos muy centrados en el funcionamiento del ascensor pero sin citar ape nas la componente mecánica. Por otra parte hay textos especializados en el cálculo de algunos componentes mecánicos pero incompletos y sin referencia a aspectos de diseño y normativa. Finalmente, la bibliografía extranjera hace usualmente referen cia a normativas que no están vigentes en nuestro país, por lo que su lectura y apli cación debe hacerse de forma cuidadosa. Por otra parte, la mayoría de los libros existentes están desfasados ya que ha habido una larga lista de las nuevas normativas que han aparecido en el pasado reciente como: la Norma Europea EN 81-1 Edición 1985. Normas de seguridad para la construcción e instalación de ascensores de personas, montacargas y montaplatos. Parte L Ascensores Eléctricos, la Norma Europea EN 81-1 Edición 1987. Normas de seguridad para la construcción e instalación de ascensores de personas, monta cargas y montaplatos. Parte II. Ascensores Hidráulicos, la Norma Internacional ISO 4190/1 Edición 1990. Ascensores de personas, montacamillas y montacargas, la Directiva Europea 95/16/CE Edición 1995. Aproximación de las legislaciones de los Estados miembros relativas a los ascensores y finalmente la Norma EN 115 de Esca leras Mecánicas y Andenes móviles Edición 1995. El objetivo de este libro es doble: en primer lugar mostrar los aspectos de cálculo y diseño de los elementos que componen cada elevador y en segundo lugar explicar el funcionamiento de los mecanismos haciendo énfasis en la normativa vigente desde el punto de vista de seguridad, funcionamiento y dimensiones. v
vi
Prólogo
En esta edición se han incorporado también numerosos problemas y ejemplos prácticos que muestran de forma simple como llevar a cabo los desarrollos numéri cos asociados a cada uno de los aspectos descritos en el párrafo anterior. No podemos concluir este prólogo sin agradecer la valiosa colaboración de la Editorial Reverté por su inestimable ayuda en las tareas de redacción, edición y maquetación.
Antonio Miravete Emilio Larrodé
índice
Prólogo
........... .............................................................................. ....... ................... v
Capítulo 1
Introducción........................................................................... ................... 1
1.1
Ascensores y montacargas................................. - ..........................................2
1.2
Escaleras mecánicas y rampas móviles........................................................ 4
13
Introducción al tráfico vertical..................... .......... ...................- ......... —... 5
2.1
Introducción......... ......... .............. ........- ........................................................7 2.1.1
Evolución en el tiempo.................. ..................... ......... ...................... . 7
Capítulo 2
Ascensores y montacargas...................................... .................................7
2.1.2
Definiciones....... ........... ....... ......................................... ............ ........... 35
2.1.3
Tipologías básicas......... ....... ....................... ........... ..... ........... ............ 45
2.13.1
Ascensores.........................................................— .........................45
2.13.1.1 Ascensores eléctricos....................... ............. ....................... 45 2.13.1.2 Ascensores hidráulicos................ ......... - .............. - ............. 46 2.1.4 2.2
Normativa............................................................................................ ....50
Composición y funciona miento.............................. ................... ................ 58 2.2.1
Generalidades....................................................................................... - 58
22.2
Partes mecánicas..................... ................................................................66
2.2.2.1 Tipos de tracciones........ ................ ........................... .................... 66 2.2.2.1.1 Tracción eléctrica............ ....................... ................................ 66 2.2.2.1.2 Tracción hidráulica------------------------ ------------- ----------67 2.2J2L2 Cuartos de máquinas y poleas.................................................... 69
víii
índice 22.23
Máquinas.......................................................... .............. ................ 70
2.223.1 Motor......................................................... ............................... 70 2.22.3.1.1
Motores de comente alterna------------------------- 71
2 2 2 3.1.1.1
Grupos tractores con motores de una velocidad............................................... ......... 71
2 2 2 3 .1 .1 2
Grupos tractores con motores de dos velocidades..................................................... 73
222.3.1.1.3
Grupos tractores con motores con variador de frecuencia........ .......................... ............... 73
2.223.1.2
Motores de corriente continua con convertidor de alterna-continua............................................... 78
2.2.23.13
Otros sistemas.........................................................80
22.2.32 Freno...... - ................................................................................. 84 2.2.23.2.1
Freno mecánico................................. - ................... 84
22.2.3.2.2
Freno eléctrico — -------- --------------------- --------88
22.23.23
Accionamiento de emergencia..............................88
2.2.233 Reductor.............................................. ...... ................ ............. 91 2.22.3.4 Poleas de tracción.... —.............................................. —...... 108 2.223.5 Volante de inercia.......... ............................ .......................... 120 22.2.3.6 Elementos de amortiguación y aislamiento de ruido.......120 2 2 2 3 .7 Polea de desvío................... ................................ .......... ...... 125 222.4
Central hidráulica..........................................................................127
2.22,5
Pistón hidráulico............................................................................130
222.6
Hueco.................................... *.................... ......... ............. ........... 140
22.2.6.1 Foso........................................................... ............................. 143 2.22.62 Cabina.......................................... - .................. ...................... 144 2.2.2.63 Contrapeso..............................................................................148 2.22.6.4 Guías y fijación de guías................................... - ................. 152 222.6.5' Cables____ ______________________________________177 2.22.6.6 Puertas de embarque............................................................ 201 222.7
Componentes de seguridad........................................................ 202
2.2.2.7.1 Limitador de velocidad................................................. ...... 204 2 2 2 .7 2 Paracaídas................ ...... ..... ..................... .................. - ...... 209 2.2.2.73 Amortiguadores------------ ------------------ -------- .......... . 217 22.2.7.4 Protección de las máquinas..................................................234 2.23
Partes eléctricas-------------- ----------------- ----------------------- --------234
223.1
El circuito de tracción................................... - ..............................235
índice
ix 2.2.32
El circuito de maniobra.................................................................237
22.3.3 Sistemas de control........................................................................245 2.3
2.4
Ascensores especiales--- -------------------------------------------------------
252
2.3.1
Ascensores panorámicos.................................- .................................. 252
2.3.2
Ascensores de casas adosadas............ ........ .......................................253
233
Los ascensores inteligentes................................................................. 254
Sistemas de gestión del tráfico............................ ......................................257 2.4.1
Tipos de maniobras..........................................—--- --------------------- 257
2.4.1.1 Maniobra universal por pulsadores........................................... 258 2.4.1.2 Maniobra dúplex— ........... .......... ..............................................259 2/4.1.3 Maniobra colectiva selectiva en descenso..................................260 2.4.1.4 Maniobra colectiva selectiva en los dos sentidos de marcha... 260 2.5
Innovaciones en elevadores.......... - ....................................... ................... 263 2.5.1
El ascensor autopropulsado.................................................. ............. 263
2.5.2
El motor síncrono de imanes permanentes.................................. .
2.5.3
Cables de aramida.....- ........................................... ............................ 274
2.5.4
Fibras de carbono para bastidores.......................................... ......... 278
Capítulo 3 3.1
32
268
Escaleras mecánicas y andenes móviles..............................................285
Introducción.... ........ ..........— ------- ...—--------- ------------- - .................. 285 3.1.1
Evolución en el tiempo........................................................................ 285
3.1.2
Definiciones....................................................- .......................... .......... 289
3.1.3
Normativa............................................................................. .....- .........292
Composición y funcionamiento................................................ ............... 295 3.2.1
Principios básicos........................... ................................... ................. 295
32.2
Partes mecánicas......... ..............- ............... ..................................... -...303
3.22.1
Cuartos de máquinas..................... ....................... ............. .........303
3.22.2
Máquinas................................. ............... .... ................................. 304
3.2.22.1 Grupo tractor.................................... .................................... 304 3.2.2.22 Freno_______________________________ ___________ 305 3.2.23 La estructu ra portante...................................................................311 32.2.4
Escalones y cadenas de arrastre...... - ......................................... 311
3223
Cadenas de arrastre.............................. ........................................ 319
322.6
Balaustradas................... - ................................... .........................333
322.7
Pasamanos.... - .................................................. .............. .........— 335
3.2.2.8 Revestimiento y alrededores....................................................... 336 3.2.2.9 Componentes de seguridad........................................................ 341 3.2.3
Partes eléctricas...................................................... ................ .............. 341
3.13.1
Instalación eléctrica..... .....................- ......... ........ .............. ....... 343
3.2.3.1.1 Cuarto de máquinas................. - ..........................................343 323.1.2 Alumbrado............................................................................. 343 32.3.2 Cuadro de maniobras................................................................... 344 3.2.33 Componentes de circuitos eléctricos de seguridad..................347 3.3
Carteles y señales.......................................................................................354
3.4
Instrucciones de uso................................ - .................................... ............. 357
3.5
Innovaciones en escaleras mecánicas........................................................372 3.5.1
La introducción de los sistemas de inteligencia artificial................372
3.5.2
La implantación de la escalera de velocidad variable......................373
3.5.3
La fabricación del peldaño en polímeros reforzados....................... 374
3.5.3.1
Componentes............................ ......... ............................. — ------374
3.5.3.2 El proceso: Inyección.............................................- .....................383
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical............ - ............................................... 391
4.1
Diagramas de tráfico por sectores...... .... ............. ................ ................... 392
4.2
Ascensores y montacargas.............. ...................... — ------------ --------- 398 42.1
Definición de la instalación de elevación en el edificio. Normas generales..................... ...................................... ........... «........398
42.2
Tráfico de entrada—.................... :........................................................404
4.2.2.1
La flexibilización de horarios......................... ........... ................ 408
4.2.22 Utilización de ascensores que suben a zonas parciales............409 4.22.3 Tráfico dividido en pisos pares e impares................................ 412
4.3
42.3
Tráfico de salida...................................... - ......... —............. - ............... 416
42.4
Tráfico bidireccional...... .......................... - ................................ ....... 427
Escaleras mecánicas y rampas móviles................... .......... ......................432 4.3.1
4.4
Tráfico de subida........................................................ - .......................433
43.2
Tráfico de bajada................................................................................... 433
433
Tráfico bidireccional------------------------------------------------------ — 434
43.4
La combinación entre escalera mecánica y ascensor - ................ .... 435
Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical........435 4.4.1
Tráfico vertical...................................................................................... 438
índice
xi 4.4.2
Modelo de redes neuronales.................................. „.......................... 439
4.4.3
Modelo de lógica borrosa....................................................................442
4.4.4
Algoritmos genéticos............................—............................. ........... 446
4.4.4.1 Codificación......................................— .......................................447 4.4.4.2 Función de idoneidad — ............................................................ 447 4.4.4.3 Reproducción.................................................................. ............ 448 4.4.4.4 Convergencia................................................................................449 4.4.4.5 Aplicaciones de algoritmos genéticos en tráfico vertical.........451
Bibliografía .............................. ....... ......................... — .............. .. ........................... 455
C a p ít u l o 1
Introducción
El libro se ha subdivido en dos partes: Ingeniería Mecánica aplicada a • Ascensores y montacargas (capítulo 2) • Escaleras mecánicas y andenes móviles (capítulo 3) Tráfico vertical aplicado a • Ascensores y montacargas (capítulo 4,1 a parte) • Escaleras mecánicas y andenes móviles (capítulo 4 ,2a parte) Esta subdivisión se ha llevado a cabo, dado que ambos temas son sensiblemente distintos. Por otra parte, ambos son esenciales y están relacionados entre sí ya que para poder calcular y diseñar un elevador desde el punto de vista mecánico, es pre ciso, evaluar el tráfico en el edificio y optimizar la instalación para que los tiempos de espera entren dentro de los márgenes admisibles con el mínimo coste. Una vez que se ha precisado la instalación óptima, es decir, el número de elevadores, su velocidad y carga nominales, ya puede iniciarse el proceso de cálculo y diseño.
1
Capítulo 1
2 1.1
Introducción
Ascensores y m ontacargas
El capítulo 2 trata sobre ascensores y montacargas. Se inida con una descripción de la evolución histórica del transporte vertical, desde los primitivos elevadores del periodo greco-romano hasta los de nuestros días pasando por los ascensores movi dos por máquinas de vapor, los iniciales sistemas de seguridad de Elisha G. Otis y las maniobras de control a través del cable accionado manualmente por el "mozo de ascensor", figura hoy totalmente erradicada. A lo largo de este bloque temático se enfatizará en aspectos de ingeniería mecá nica aplicada al ascensor y normativa, fundamentalmente la norma EN-81. Posteriormente se describe una introducción que incluye la definición de las tipologías básicas, transcribiendo las dimensiones de los ascensores, montacargas y montacamas, diferenciando el ascensor de tracción eléctrica frente al de hidráulica y finalmente mencionando la normativa vigente sobre ascensores. A continuación se inicia el estudio de las partes mecánicas de un ascensor mediante el análisis de las tracciones eléctrica e hidráulica y los cuartos de máquinas y poleas. Un apartado está dedicado a las denominadas máquinas: • El motor • El freno • El reductor Básicamente se estudiarán motores de corriente alterna con o sin convertidor de frecuencia y motores de corriente continua con convertidor de altema-continua. Dado que la norma EN-81 cita los sistemas Ward-Leonard, también se tratarán las motorizaciones basadas en este esquema. Se expondrán ejemplos de cómo se cal cula la potencia de un motor y cómo se selecciona a partir de una Tabla de motores. El elemento de la cadena que sigue al motor es el freno. Tras explicar su funcio namiento y dimensionado, se realizarán varios ejercicios para explicar el cálculo de este elemento. Finalmente en el último eslabón de la cadena de la maquinaria de un ascensor se dispone el reductor, siempre de tipo sinfín - corona. Las variables principales, fun damentalmente ángulos, número de dientes de engranajes así como su relación de transmisión serán analizados tanto en su formulación teórica como en un ejemplo práctico. La polea de tracción será tratada a continuación. Se estudiarán aspectos relevan tes en la interfase cable - polea de tracción como son: tipos de gargantas, fuerza que aparecen en la polea, presión específica, coeficiente de fricción entre polea y cable y finalmente adherencia de los cables sobre la polea. Se comentará superficialmente el volante de inercia, elemento cuya utilización va decreciendo por la tendencia a la utilización de motores de corriente alterna de dos velocidades y variador de frecuencia. Los elementos de amortiguación y aspee-
1.1 Ascensores y monlacargas
3
tos relacionados con la vibración de la maquinaria serán también abordados tanto desde el punto de vista de formulación como práctico a través de un ejercicio. En aquellos casos donde la cabina y el contrapeso estén suficientemente alejados se deberá disponer de poleas de desvío como se explica a continuación en el pro grama. La siguiente área de estudio será el ascensor hidráulico, subrayando la impor tancia en el cálculo y el diseño de la central y el pistón hidráulicos. A continuación se estudiará el bloque de elementos denominado como hueco. Se abordará el análisis de la cabina, contrapeso, guías, cable y puertas de embarque. Se finalizará el estudio de los elementos mecánicos con los sistemas de seguri dad basados en la mecánica: • limitador de velocidad • paracaídas • amortiguadores Se explicará el circuito de paracaídas incidiendo en el funcionamiento del limita dor de velocidad como elemento clave para detectar una velocidad irregular de la cabina y del paracaídas como sistema fundamental para detener a ésta en caso de un aumento de su velocidad. Los amortiguadores se estudiarán a continuación en sus tres tipologías: elásticos, de resorte e hidráulicos. Tras plantear las ecuaciones de comportamiento se realiza rán ejemplos de aplicación. Los componentes eléctricos se dividirán en tres grandes áreas: • Sistemas de maniobra • Sistemas de tracción • Sistemas de control Se explicarán en cada caso los componentes básicos así como su funcionamiento: pulsadores, interruptores, conmutadores, relés, contactores, inversores, guardamotores, rectificadores, diodos, transistores y tiristores. También se analizarán los sistemas de control, haciendo énfasis en los sistemas de control de movimiento y de puertas. Se comentará a continuación brevemente el tema relativo a ascensores especiales como: • Ascensores panorámicos • Ascensores en casas adosadas • Ascensores inteligentes
4
Capítulo 1
Introducción
El último tema de estudio en el apartado de ascensores y montacargas será el denominado sistema de gestión. En este punto se analizarán los más típicos esque mas de maniobras: • universal por pulsadores • dúplex • colectiva selectiva en descenso • colectiva selectiva en los dos sentidos de marcha
1.2
Escaleras m ecánicas y rampas móviles
El capítulo 3 se dedica a escaleras mecánicas y rampas móviles. Inicialmente se expondrá una breve evolución histórica, se definirán las variables de trabajo y se descubrirá la normativa vigente sobre este tipo de elevadores. A lo largo de este bloque temático se enfatizará, en aspectos de ingeniería mecá nica aplicada a escaleras mecánicas y rampas móviles y normativa, fundamental mente la norma EN-115. En lo que se refiere a la descripción de las partes mecánicas, se estudiará prime ramente el cuarto de máquinas para pasar a continuación a la maquinaria, muy similar a la descrita en el apartado de ascensores y montacargas. Se realizará un ejercicio práctico completo donde se describirá el cálculo de las diferentes componentes de una escalera mecánica. En escaleras mecánicas y rampas móviles, es transcendental un cálculo y un diseño adecuados de la estructura portante ya que va a constituir la base sobre la que se van a disponer todos los mecanismos móviles. No hay que analizar única mente la resistencia sino también su rigidez para evitar grandes deformaciones. A continuación se analizarán los escalones, cadenas de arrastre, balaustradas y pasamanos así como los revestimientos y sus alrededores. Se expondrán los aspec tos de la norma EN-115 que abordan directamente el ensayo y las dimensiones de cada uno de estos elementos. Para finalizar el estudio de los componentes mecánicos se plantearán los compo nentes de seguridad de tipo mecánico. La parte eléctrica se va a componer de las siguientes grandes áreas: • Cuarto de máquinas • Alumbrado • Cuadro de maniobras • Componentes de circuitos eléctricos de seguridad
1 3 Introducción al tráfico vertical
5
Se describirán los componentes fundamentales y se citará una vez más la norma EN-81 en sus capítulos dedicados al aparellaje eléctrico. Se finalizará el capítulo de escaleras mecánicas y rampas móviles con aspectos relativos a la señalización e instrucciones de uso. Se traducirán también los anexos A y D de la norma EN1I5 relativos a normativa e información de escaleras mecánicas y rampas móviles.
1.3
Introducción al tráfico vertical
Como se ha explicado en el prólogo, no tiene consistencia un problema de ingenie ría mecánica aplicada al transporte vertical sin haber considerado con anterioridad el problema del tráfico vertical. El objetivo de este capítulo es dar una información al alumno o al profesional sobre cómo plantear el análisis temporal de un determinado problema de elevación vertical. Una vez que se sabe cómo determinar el tiempo que tarda un elevador en realizar un determinado recorrido, ya se estará en condiciones de evaluar cuál es el número óptimo de elevadores, así como su velocidad y carga nominales. En lo que se refiere a ascensores, se estudiará el tráfico de entrada, que trata sobre una operación de entrada de pasaje en el ascensor y su distribución en un número de pisos. Técnicas usuales como: • La flexibilización de horarios • Utilización de ascensores que suben a zonas parciales • Tráfico dividido en pisos pares e impares se analizarán estudiando las ventajas e inconvenientes que aporta cada una. Finalmente se abordarán problemas de tráfico de salida donde se analizarán pro blemas de desalojo de edificio y tráfico bidireccional (entrada y salida). Se estudia finalmente el tráfico en edificaciones donde se han implantado escale ras mecánicas o rampas móviles. En este caso se seleccionará la anchura del eleva dor así como su velocidad y el número de escaleras o rampas necesarias para que el flujo de pasaje sea el adecuado.
C a p ít u l o 2
Ascensores y montacargas
2. 1 2 .1.1
Introducción
Evolución en el tiempo
Hasta que Elisha Graves Otis inventó el ascensor seguro para las personas en 1853, la Humanidad había recurrido a medios como grúas, poleas o aparejos para transportar cargas pesadas a lugares elevados.
La Antigüedad Los primeros dispositivos de elevación y transporte fueron las palancas, las poleas, los rodillos y los planos inclinados. La realización de grandes trabajos de construc ción con este tipo de equipamiento exigía enorme cantidad de gente. Un ejemplo lo tenemos en la construcción de la pirámide de Cheops (siglo XXII a.C.) de 147 metros de altura compuesta de prismas de piedra cada uno de 9 x 2 x 2 metros cúbicos de tamaño y unos 90 toneladas de peso. Su construcción duró aproximadamente 20 años y estuvieron ocupados permanentemente cerca de cien mil personas. Hacia 2820 a.C. se obtienen en China fibras resistentes a partir de la planta del cáñamo. Los artesanos trenzan con este material las primeras cuerdas. En las épocas primitivas, los seres humanos utilizaban lianas para atar. Luego, hasta que se fabricaron cuerdas de cáñamo, se solían utilizar tiras y correas de cuero, en Egipto, aunque también se utilizaban fibras de papiro para esos fines. Las nuevas cuerdas chinas demostraron ser muy resistentes tanto a la tracción como a las inclemencias del tiempo. Se emplean para las primeras instalaciones de eleva ción vertical, aunque su utilidad es mayor en el campo de la navegación, donde ocupan un puesto importante en las jarcias de las embarcaciones a vela [1]. Los elevadores de palanca, prototipos primitivos de nuestros aparatos elevado res actuales con una pluma en voladizo se utilizaban en China e India para elevar agua en el siglo XXII a.C. 7
8
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.1 Elevación de agua mediante el shadoof [J].
Hada 1550 a.C se generaliza en Egipto y Mesopotamia el empleo del shadoof, un mecanismo de palanca utilizado para elevar el agua procedente de los ríos con el fin de regar los campos (1]. Desde el punto de vista mecánico, el shadoof se basa en la ley de la palanca. La mecánica aplicada en las culturas que viven junto al Eufrates y el Nilo está domi nada por cuatro elementos fundamentales: el plano inclinado, la cuña, el rodillo y la palanca. El shadoof es una forma más compleja de construcdón basada en la palanca. Sobre una columna fija, se monta una palanca de dos brazos alrededor de un eje que puede girar en direcdón horizontal. Los brazos son de longitudes diferentes, disponiendo el más corto de ellos de un contrapeso, una piedra, sufidente para elevar lleno el cubo que va sujeto al extremo del brazo más largo. La persona que acciona el shadoof trabaja colocada bajo este último brazo. Su fundón consiste en hacerlo bajar cuando el cubo está vacío, acción que permite introduarlo bajo el agua (Figura 2.1). Al soltarlo, el cubo se eleva por sí solo, pudiendo vaciarse en el canal de riego. Si trabajan tres hombres con un shadoof, se logra de este modo extraer hasta 6 m3 de agua por hora. En siglos posteriores, son los babilonios y asirios los que hacen un uso más intensivo, a orillas del Tigris y del Eufrates, del shadoof, mientras que en la India se generaliza el empleo de una versión suya algo modificada llamada "picota" o "cupila". En estos dispositivos el brazo de menor longitud va provisto de una esca lera por la que el trabajador asdende y desdende de manera alternativa.
2.1 Introducción
9
El shadoof llega a su máxima expresión en la grúa egipcia que se emplea en la construcción. En este caso, se elevan también las cargas fijas al brazo de menor lon gitud de una gran palanca, cuyo eje de giro se encuentra situado en el extremo superior de un mástil. Sin embargo, el brazo más largo es accionado aquí a mano por varios hombres, es decir, éstos tiran de él mediante varias cuerdas perpendiculares. Con frecuencia, los trabajadores se encuentran situados sobre una escalera para que de este modo el brazo elevador pueda descender por debajo del nivel de la base del mástil. Hacia 1510 a.C. se aplica en Mesopotamia la rueda, hasta ahora utilizada sólo en los carros, en los tomos de alfarero y en las ruecas, a dispositivos mecánicos, convir tiéndose de este modo en un instrumento para la utilización de las fuerzas y la sim plificación de los trabajos. Gradas a ello, la resistenda debida a la fricdón se reduce a la reinante entre el eje y el cojinete. La polea de cable resulta espedalménte impor tante para transformar fuerzas sin que se produzca una fricdón en la cuerda. No es posible demostrar si la polea de cable se emplea ya en Mesopotamia o si se utiliza en Egipto hacia esta época a modo de polea sencilla [1]. Es probable que este prindpio se conozca antes que la polea de cable, en forma de un lazo de cuerda que rodea la punta de un obelisco que hay que levantar, mien tras que un extremo de la cuerda va sujeto a la puerta de entrada de un templo y se tira del extremo libre. Los habitantes de Mesopotamia utilizan como primera máquina accionada por fuerza muscular ruedas huecas de varios metros de diáme tro, en cuyo interior o sobre cuya superficie externa corre una persona. La fuerza generada por dichas ruedas se emplea al prindpio para accionar dis positivos de extracdón de agua (Figura 2.2).
Figura 22 Mecanismo de elevación en ktesopotamia (1510 a.C.) /1].
10
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Hacia 1380 a.C en una cantera de piedra caliza situada en Minia, en el centro de Egipto, se extraen y transportan bloques de piedra de hasta 1000 tm de peso, desti nados a la realización de Figuras monumentales. Se ha previsto la extracción de un bloque de piedra de 8 x 8 x 22 m para esculpir con él una estatua gigantesca del rey Amenofis III. Se elimina primero toda la piedra que se halla sobre el bloque. Acto seguido, cientos de trabajadores perforan con martillo y cincel un foso de 9 m de profundidad alrededor del bloque de piedra maciza. Aprovechan también la capacidad de ruptura de la piedra que tienen las cuñas de madera introducidas en las grietas y después las mojan, lo que provoca la dilatación de la madera. La separación de la base del bloque se lleva a cabo a golpe de martillo y cincel. Durante esta operación se colocan debajo del bloque piezas de piedra cada vez mayores. Sin embargo, la masa pétrea prevista para la estatua de Amenofis no es transportada jamás al lugar previsto para su instalación. No obstante, el transporte de estos gigantescos bloques de piedra, caliza o granito se realiza con cierta frecuen cia. Para ello no se emplea ningún dispositivo mecánico de elevación, sólo se utiliza el plano inclinado, la cuña, grandes palancas y poleas de cable. En el siglo XIII a.C. el vertedor de madera y la pértiga con un cubo en un extremo y un contrapeso en el otro fueron los únicos medios con los que el poblador egipcio podía elevar el peso hasta una cierta altura, por supuesto manualmente (Figura 23). Otros dispositivos como el elevador de cangilones y el tomillo sin fin accionados por bueyes o por la corriente de un río no serían utilizados hasta el siglo II a.C y el siglo III a.C. respectivamente.
Figura 2 3 Dispositivo de elevación consistente en una pértiga y un contrapeso en Egipto, siglo XIII a.C. (Science Museum, Londres) 121.
2.1 Introducción
11
Figura 2.4 Esquema de un polipasto de dos rodillos,
como el que se desarrolló hacia el año 700 [JJ.
Desde que el hombre ha ocupado más de un piso en un edificio, ha tomado en consideración de alguna manera el transporte vertical. Las formas más primitivas fueron por supuesto escaleras de mano, grúas movidas por tracción animal o tomos accionados manualmente. Ruinas de la Antigua Roma muestran signos de guías por las que se desplazaban plataformas de elevación.
El periodo Greco-romano Hacia 700 a.C. los mecánicos griegos desarrollan la técnica de la descomposición de las fuerzas con ayuda de los llamados polipastos. El polipasto se compone de una polea fija y una segunda sujeta al objeto a desplazar. Una cuerda discurre, par tiendo de un punto fijo, primero alrededor de la polea móvil y después de la fija. Estirando del extremo libre, la carga se desplaza únicamente la mitad de la distancia que recorre el extremo libre (Figura 2.4). El periodo grecorromano (siglo X a.C a siglo V d.C.) constituye una etapa de gran impulso en la evolución de la tecnología de la elevación. Un elemento clave para la elevación es la polea compuesta. Su origen se remonta a la Greda dásica. Eurípides (480 - 406 a.C.) representó un paso atrás respecto a Esquilo y Sófocles desde el punto de vista de la técnica dramática, tal como apunta Aristóteles. En vez de desarrollar una acdón, como harían Esquilo y Sófocles, mandaba un mensajero a resumirla en el escenario en forma de prólogo, confiaba al coro grandes parlamen
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Capítulo 2
Ascensores y montacargas
tos y cuando el enredo se embarullaba hacia bajar de lo alto (el ¡heoiogeión, o techo de la skene) un dios que lo resolvía con un milagro. De aquí la celebre máxima Deus ex machina ya que este dios era bajado mediante una polea, pues de otra forma la maniobra era realizada con grandes apuros. Hay que decir en honor a la verdad, que Eurípides compensaba estos recursos de dramaturgo no cuajado con un agudísimo sentido psicológico que prestaba vera cidad y autenticidad a sus personajes. Aunque está bastante generalizada la opinión de que la operación de descenso de un dios a través de una polea se debiera para desenredar el drama (su caso más típico es el descenso de Apolo en Orestes), tam bién se afirma que esta operación de descenso se debía interpretar como un retomo a la tradición del culto como ocurre en el descenso de Atena en Ifigcnia en Tauride. Tres inventores griegos deben ser mencionados en la Historia de la elevación: Ctesibio, padre de la hidráulica, Arquímedes, descubridor del tornillo sin fin y Herón de Alejandría, inventor de la polea compuesta. Ctesibio vivió en Alejandría hacia 270 a.C. Montó en la barbería de su padre un espejo que colgaba de una cuerda provista de un contrapeso, de modo que su altura pudiera ajustarse a la del cliente. Ctesibio fabricó el primer cilindro provisto de un émbolo, al que cabe considerar como la primera bomba de pistón. Fue el primero en utilizar una rueda dentada. También sugirió el uso de muelles de bronce como medio de acumulación de energía. Arquímedes (287 - 212 a.C) descubrió las leyes de la palanca. Este griego, que vivía en Siracusa, creó un sistema teórico sobre la multiplicación de la fuerza que se consigue con la palanca, el efecto de la cuña y la utilización del plano inclinado y de la polea, fenómenos que desde hacía milenios venían aprovechándose como algo evidente. Desarrolló una extensa teoría acerca de los polipastos con las transmisio nes de fuerza 2:1,3:1 ("tripastos") y 5:1 ("pentapastos"). Construyó también un polipasto, en el que varias cuerdas discurrían paralelas por numerosos rodillos, con lo que se distribuían entre sí la fuerza de cargas muy pesadas. Sin embargo, fueron los romanos y no los griegos, los que sacaron un ren dimiento práctico a estos trabajos teóricos; lograron la realización técnica; disponían de las cuerdas de resistencia suficiente, y, con el curso del tiempo, incluso de corde les de alambre. Con el principio del polipasto, los romanos construyeron grandes grúas para cargas muy pesadas, con uno o dos árboles inclinados, sujetos mediante cabos. La mayoría de estas grúas podían bascularse y en la cubierta del navio insignia del emperador Calígula, incluso se instaló una giratoria que se movía sobre una pla taforma redonda, apoyada en cojinetes de bolas. No obstante, quedó como una pieza única. La técnica de los cojinetes no logró prosperar, pues faltaban los méto dos adecuados para la fabricación de las bolas. Los malacates para elevar el agua - accionados todavía por animales en el s. III a.C. -, las ruedas accionadas con los pies o, finalmente, los molinos de agua, hicieron necesarios los mecanismos de transmisión de fuerza. Los ingenieros romanos lo lie-
2.1 Introducción
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varón a la práctica mediante la construcción de engranajes de ruedas con dientes tallados. Sin duda, Herón de Alejandría (siglo I d.C.) dio un impulso importante a varias técnicas relacionadas con la elevación. En su obra Mechanica, además de la cuña, el tomillo y la rueda con un eje, describe la polea compuesta. Todos se basan en el mismo principio de la palanca: una pequeña fuerza que actúa desde una gran dis tancia se transforma en una gran fuerza que actúa desde una pequeña distancia. También Herón describió los trenes de engranajes, aunque su utilidad fue muy limi tada debido a las pérdidas de potencia que resultaban de los primitivos métodos de construcción. En el siglo II a.C se utilizaba en Egipto la llamada rueda persa o saqiya, que con sistía esencialmente en recipientes dispuestos alrededor de la circunferencia de una rueda, la cual giraba mediante energía humana o animal, introduciéndolos en el agua, sin duda el primer prototipo de nuestro actual elevador de cangilones. Vitruvio, técnico romano en el siglo I d.C diseñó un molino hidráulico que funcionaba como esta rueda persa pero en sentido contrario. En la antigua Roma al ascensor era ya conocido. Se dispone de una descripción detallada del ascensor instalado en el Palacio de Nerón. Según la documentación hallada, la cabina estaba construida con madera de sándalo oloroso, estaba sus pendida de un cable de cáñamo y guiada por cuatro carriles de madera dura (Figura 2.5).
Figura 25 Esquema de/ ascensor del fila d o de
Nerón (64 a.C.) (31.
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Ascensores y montacargas
Un cojín de cuero de un metro de espesor unido al suelo de la cabina servía de dispositivo de seguridad. El foso del hueco estaba construido en forma de cono de forma que el cojín se enclavaba en él en caso de rotura del cable amortiguando así el efecto de la caída. Los esclavos movían la cabina por medio de un torno que era accionado después de haber recibido una orden de marcha, a través de una cam pana. Las marcas de colores en el cable indicaban la posición de la cabina. La altura de elevación alcanzaba los 40 metros. Más tarde en la época del emperador Tito, en el año 80 d.C en el Coliseo romano utilizaron también doce grandes montacargas para elevar a los gladiadores y a las fieras a la pista. Tras la caída del Imperio romano, los ascensores desaparecieron durante un largo periodo. La Edad Media De este periodo (siglo V d.C. a XVII d.C.) se conocen instalaciones de elevación que apenas se diferencian de las antiguas. El desarrollo del comercio, la navegación y la industria en los siglos XI y XII contribuyó a perfeccionar las máquinas de elevación y a ampliar los sectores de aplicación. La catedral de Sofía en Novgorod (Rusia) en el siglo XI puede citarse como ejemplo de aplicación de sistemas de aparejos com plejos. Leonardo da Vinci parte de problemas agudos, buscando para ellos soluciones de tipo técnico. De este modo, crea una grúa móvil para facilitar las labores de cons trucción en las que hay que elevar cargas pesadas. Dicha grúa está montada sobre un vehículo y se gobierna desde arriba mediante un cable tensado. El ginche de cable puede accionarse con una manivela dotada de transmisión por ruedas denta das. Gracias a ello es posible elevar una carga. El gancho que sujeta la carga dispone un dispositivo automático accionado a distancia para soltarla. Para hacer navegables los ríos y canales, Leonardo construye una excavadora flotante con ruedas de cangilones, instalada sobre dos barcazas amarradas y que descarga el lodo en carros. Leonardo no propone este tipo de construcciones sólo como conceptos sin elabo rar sino que soluciona todos los detalles relacionados con ellas e inventa así una serie de nuevos elementos para las máquinas. Tomillos sin fin, engranajes helicoida les, una cadena articulada y diversos cojinetes de rodillos y bolas, así como roda mientos axiales. En cuanto a la reapertura de antiguos pozos, tiene especial importancia el domi nio de los dispositivos de bombeo de agua, es decir, de los mecanismos que permi ten secar las galerías profundas. Entre ellos asimismo se cuentan los malacates provistos de cubos y dispuestos a modo de paternóster, que ahora se modifican, para adecuarlos a la minería (hacia 1540). Georg Bauer (1490-1565) trabajó como médico en los centros mineros de Sajonia y su obra De re mctallica, del año 1556 constituye una guía exacta de los sistemas
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Figura 2.6 Máquina de elevación accionada mediante tracción animal (1556) ¡4J.
empleados durante la alta Edad Media en una industria altamente tradicional. En De re metallica, aparece el esquema de un aparato de elevación en una mina. Men ciona el uso de ruedas dentadas y de cadenas movidas por caballos (Figura 2.6). No existen diferencias significativas respecto a periodos primitivos excepto en lo que se refiere a una vagoneta que debía correr por un surco. También de De re metallica, es el grabado representado en la Figura 2.7 donde una rueda hidráulica de gran diámetro hace elevar agua de una mina. En otros casos, son hombres la fuente de energía para conseguir la elevación de la carga. El libro titulado The Engíisft intprcnvr impmoed (1652) habla de sistemas de eleva ción y describe el elevador de cangilones entre otros sistemas tales como norias, molinos o arcaduces.
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Ascensores y montacargas
Figura 2.7 Máquina de elevación accionada mediante
una rueda hidráulica (1556) 14].
En 1677 en el campanario del Kremlim de Moscú, valiéndose de palancas de madera, aparejos y tomos se levantó la Gran Campana Uspenski de 130 toneladas de peso. Para simplificar el levantamiento de la campana se le acoplaron cadenas con contrapesos [5]. En 1687, el matemático Erhardt Weigel inventa una "silla de ascenso" que se mueve con rapidez y sin esfuerzo entre dos pisos. Este aparato, semejante a una silla sobre la que se sienta la persona, va montado en un nicho construido en la pared sobre guías dé unos 3 pies de longitud (0.91 m) y accionado con un contra peso. Es el propio usuario el que acciona manualmente el mecanismo, tirando de una palanca. En 1764 se implantó un sistema de elevador de agua de cangilones múltiples en una mina próxima a Nizhni Taguil (Rusia) reequipándose más tarde con un eleva dor de mineral y roca [5]. En 1770 se construyeron ascensores entrepisos en la Ermita del Palacio de Cata lina en la ciudad de Pushkin y en la Ermita del Palacio de Kuskovo en las cercanías de Moscú.
2.1 Introducción
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rudimentario (comienzos siglo XVIII) ¡61.
En 1780, Oliver Evans inventa en los Estados Unidos el elevador, un ascensor para el transporte continuo de cargas en molinos o en minas, para la descarga de buques o para llenar los silos. El prindpio fundamental de dicho invento lo constituye una cadena sin fin, de la que penden a intervalos regulares cangilones. En la parte inferior del dispositivo estos ultime» pasan por la mercanría que hay que elevar, cargándola. En el punto superior, donde se modifica el sentido de la marcha, los cangilones se varían a con secuencia de la acdón de la gravedad. A pesar de haber transcurrido un largo lapso desde la Antigüedad no se registra ninguna novedad importante. Una ingeniosa técnica de elevación es la representada en la Figura 2.8, que data del siglo XVni, en la que se apredan las guías del "contrapeso". En lo que se refiere a nuestro país, cabe mendonar el Catálogo del Real Gabinete de Máquinas publicado en 1794 por Juan López de Peñalver. En este catálogo apare cen varios planos de máquinas de elevadón existentes en aquella época. Es de inte rés remarcar las mejoras mecánicas implantadas en las minas de Almadén en el sistema de bajada y extraedón de mineral y material en los pozos de las atadas minas [7].
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Ascensores y montacargas
Figura 2.9 Sistema de bajada y extracción de mineral y material en los pozos de
las minas de Almadén (siglo XVIII) [7¡.
En la Figura 2.9 se observa el sistema de elevación planteado compuesto por un tambor y un freno mecánico que permitía la detención de la operación de una forma simple y cómoda así como el diseño de una cabina que se desplazaba sobre guías y que podía ser utilizada para subir el mineral por los pozos inclinados en sustitución de los cubos. El autor de estas contribuciones fue Agustín de Betancourt y la infor mación detallada de sus sistemas esta contemplada en el capítulo "Memorias de las reales Minas de Almadén". En el citado documento editado en nuestro país a finales del siglo XVIII se expo nen también problemas siempre presentes en la historia de la elevación como es el peso de los cables y cadenas y formas de optimizar la disposición de ambos con objeto de reducir el peso propio de los mismos. También aparece un interesante documento donde se plantea la utilización de los cables metálicos con técnicas no muy idóneas ya que se advierte que los ingenie ros franceses utilizaban únicamente cables de tres cordones mientras que los britá nicos utilizaban cables de nueve consiguiendo secciones más redondeadas y por lo tanto con mayor duración al ser su paso por las poleas mucho más tolerable. También se expone por el autor de este documento, Juan López de Peñalver que en el siglo XVIU los diámetros de las poleas no guardaban ninguna relación con el diámetro del cable, algo que él considera trivial que debieran guardarla. Este comen tario es de obligado cumplimiento en los ascensores de hoy en día.
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2.1 Introducción
Polea de tracción
El vapor como sistema de tracción Sólo cuando James Watt inventó la máquina de vapor comenzó a considerarse la posibilidad de utilizar esta forma de energía para los dispositivos de elevación, haciéndose uso de ella por primera vez para subir el mineral desde el fondo de una mina de carbón hada el año 1800. A principios del siglo XIX, hicieron su aparidón grúas movidas por máquinas de vapor que se usaban básicamente para el transporte vertical de carga, solo ocasio nalmente de personas. En 1830 se pone en servicio un montacargas acdonado por una máquina en Derby (Inglaterra). En el West Riding de Yorkshire, en 1840, se usaban todavía tor nos para elevar pesos a mano, utilizándose esta técnica para ocasionales operadones de elevadón y transporte incluyendo la elevación de la tierra de las proximidades de los túneles de ferrocarril. El tambor de cable horizontal de 3.5 a 5 metros de diámetro, alrededor del cual daban vueltas los caballos fue sustituido sólo gradualmente por un tomo movido, por lo general, por una máquina de vapor vertical, de baja presión y un solo dlindro. También hada 1840 se consiguió aumentar la eficacia con la introducdón de cables de alambre que eran no solo más fuertes sino también menos expuestos a retorcerse que los de cáñamo. Pero la extracción mecánica en las minas siguió siendo lenta a la par que desaprovechaba el vapor y fue difícil idear algún tipo de contrapeso satisfactorio para que el peso variable de la cuerda colgante según que la carga subiera o bajara dentro del pozo. Merece la pena mendonar el ascensor "Teagle" (Figura 2.10) desarrollado en Inglaterra en 1845. Este elevador acdonado hidráulicamente contemplaba ya el con cepto de la polea de tracdón con contrapeso, aspecto que se aplica hoy en nuestros
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días a la gran mayoría de los ascensores. El accionamiento era llevado a cabo por los propios usuarios que desplazaban el cable manualmente desde la cabina [6]. Los resultados eran con frecuencia desastrosos porque los cables eran de cáñamo y no había medio de detener la plataforma en caso de rotura del cable. En 1845 Sir William Thompson diseñó el primer ascensor hidráulico para elevar cargas. En 1850, se utilizan por primera vez en Estados Unidos montacargas movidos por vapor, instalándose en ese mismo año el primer sistema de corona y tomillo sin fin para mover un gran tambor de arrollamiento. Sin L-mbaigo los industriales y el público en general seguían esperando el ascensor de aplicación universal, válido para el transporte de personas y sin problemas de seguridad. Durante la primera mitad del siglo XIX, era frecuente ver plataformas guiadas que se desplazaban verticalmente, pero les faltaba la componente de seguridad que implantó Elisha Graves Otis. La seguridad: Elisha Graves Otis Elisha Graves Otis nació en 1811 en Halifax (Vermont, USA). Trabajando como mecánico especialista en una empresa de camas, en 1852 fue enviado a Yonkers (Nueva York, USA) para montar una nueva factoría e instalar su maquinaria. Allí diseñó e instaló lo que el llamó el ascensor seguro, el primer elevador con un dispo sitivo automático de seguridad que evitaba la caída del elevador cuando el cable se rompía. Al año siguiente abandonó la empresa y fundó una pequeña factoría en Yonkers, vendiendo el primer ascensor el 20 de Septiembre de 1853.
Figura 2.11 Demostración del primer ascensor pora personas en el fó/ac/o de Cristal de Nueva York (USA, 1854).
2.1 Introducción
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1
---- ------- — ------ 1 J L n D K \ 1 C «i |Jh 1 | i 7 ^ 3 l ' X \ ÍÍC J j I C rf \ 7 * \* ' P
f
i
Figu ra 2.12 Esquema de primer ascensor con
mecanismo de seguridad.
En el año 1854 hizo una demostración publica en el Palacio de Cristal de Nueva York, elevando su ascensor a una cierta altura y cortando el cable de sustentación, mostrando la seguridad de su aparato (Figura 2.11). Su ascensor hidráulico disponía de un sistema de seguridad consistente en una cabina con trinquetes (E) que unos resortes obligaban a engranar con muescas (C) dis puestas a los lados del foso del ascensor en el momento que rompía el cable (Figura 212). El 23 de Marzo de 1857 instaló el primer ascensor para personas en los Grandes Almacenes E.V. Haughwout & Co. en la dudad de Nueva York. Era movido por una máquina de vapor, el edifído tenía dnco plantas e iba dotado con un equipo de elevadón apto para 450 kg a 0.20 metros /segundo (Figura 2.13). Después de la demostradón publica del fundonamiento del ascensor en los Almacenes E. V. Haughwout & Company en Nueva York, el público en general y los arquitectos en particular dieron su visto bueno a este sistema de elevadón. De gran ayuda al desarrollo técnico del ascensor se pueden dtar las mejoras llevadas a cabo en los cables metálicos y los rápidos avances en la máquina de vapor para la elevadon. Este primitivo tipo de ascensor acdonado por un tambor estaba limitado a bajas veloddades y alturas. En 1861 Oüs patentó un motor de vapor controlado independientemente espedalmente adaptado para la elevadón, instalándose en 1862. En 1867 el francés León Edoux presentó en la Exposición Universal de París, un aparato elevador que utilizaba la presión del agua, para elevar una cabina montada en el extremo de un pistón hidráulico (Figura 2.14).
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.13 Máquina de un ascensor accionado
mediante un tambor movido a vapor correspondiente a la primera patente de Elisha Graves Otis 16].
Figura 2.14 Ascensores hidráulicos de 21 m de
recorrido instalados por León Edoux en la Exposición Universal de Rirfs (1867) 18].
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2.1 Introducción
Figura 2.15 Ascensor primitivo construido
por Elisha G. Otis (1881).
El ascensor Edoux tuvo una gran difusión por todo el mundo, sobre todo cuando se multiplicaron sus posibilidades de velocidad y recorrido, con un perfec cionamiento del sistema que se denominó de acción indirecta. En este diseño, el émbolo no impulsaba la cabina directamente, siendo el impulsor un juego de poleas, o una cremallera y un tambor, que enrollaba y desenrollaba uno o varios cables de los que se suspendía la cabina. Un año más tarde se completa la construcción de la primera fábrica de ascenso res en Nueva York, y se desarrolla un ascensor a vapor con tantos dispositivos de seguridad que los arquitectos y constructores comienzan a considerar posible la rea lización de altos edificios. Se construye entonces el inmueble comercial más alto de la época: el edificio Monadnock, en Chicago, con 16 plantas. La altura de las edificaciones estaba limi tada, hasta entonces, por el peso que las paredes de ladrillo podían soportar. Simultáneamente, Europa inicia su andadura en la industria de la elevación ver tical fundándose en 1874 la empresa Schindlet y construyéndose el primer ascensor en 1876 para la Oficina de Correos de Londres.
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accionando directamente la cabina.
El ascensor hidráulico El ascensor hidráulico se utiliza por primera vez en 1878, utilizando agua en lugar de vapor, para simplificar las instalaciones y conseguir mayores velocidades y reco rridos. Así se evolucionó hacia un ascensor hidráulico compuesto por un cilindro que accionaba directamente la plataforma (Figura 2.16). Por aquel tiempo, la arquitectura pedía a gritos nuevas soluciones para ocupar de forma eficiente el reducido espacio de los centros de las grandes ciudades. El ascensor hidráulico fue la clave para concebir edificios elevados donde el acceso a los pisos superio res era simple y cómodo. Este tipo de ascensores permitió desde 1870 hasta 1880 que las grandes ciudades comenzaran a crecer hasta un tamaño como el que tene mos hoy en día.
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El siguiente paso fue la implantación de un ascensor hidráulico compuesto por un cilindro que accionaba un sistema de poleas (Figura 2.17). Este sistema permitía velocidades hasta 3.5 m/s y una altura de unos 30 pisos. El emplazamiento de cilin dro y polea se realizaba en posición vertical para los pisos más elevados y se dispo nían sistemas de poleas múltiples. Desde 1880 a 1900 estos ascensores se utilizaban en edificios de hasta 10 a 12 pisos, ya que el rascacielos de 30 pisos no llegó hasta principios del siglo XX. Fue en estos años cuando se incorporan muchos de los aspectos que tenemos en nuestros ascensores hoy en día. Los huecos se cerraron, instalándose puertas en cada piso. Hasta entonces se practicaba un agujero en cada piso, dejándose el hueco sin cerrar. Se registraban las llamadas desde los pisos mediante campanas o bocinas.
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Capítulo 2
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Comenzaron a instalarse grupos de ascensores, el primero fue en el Boreel Building en Nueva York y el "mayordomo del ascensor" hizo su aparición para dirigir las maniobras de la máquina. Los ascensores hidráulicos se perfeccionaron hasta lograr con ellos alturas y velocidades muy elevadas. En 1908, se instaló un ascensor en el City Investing Buil ding de Nueva York, de 1360 kg de carga, 3 m/s de velocidad y un recorrido de 108 m. Los ascensores hidráulicos tenían un funcionamiento silencioso y bastante seguro, con arranques y paradas suaves y una precisión de parada relativamente alta. Sin embargo, pesaban en su contra su complicado y voluminoso equipo de bombeo, que utilizaba presiones de agua hasta de 7 MPa, su elevado coste de insta lación y el gran consumo de agua que necesitaban, cuyo precio empezó a resultar prohibitivo para esta aplicación. Así, a finales del siglo XIX, le hicieron perder rápidamente la popularidad en favor del ascensor eléctrico que, en pocos años, sustituyó al parecer definitivamente al ascensor hidráulico en los edificios de viviendas, aunque como veremos ahora se vuelve a utilizaren una versión modernizada. La limitación de los edificios en altura desaparece en 1885, al haber diseñado el arquitecto W. L. Jenney el primer edificio de estructura de acero, que soportaba el peso del edificio sin los enormes cimientos de ladrillo utilizados hasta entonces. Este paso supuso el comienzo de la técnica de construcción de edificios de mayor altura, si bien no se podía afrontar todavía la edificación de grandes rascacie los, debido a las dificultades que entrañaba el tráfico vertical, problema resuelto por Otis en los años siguientes. Fue evidente en esta primera etapa del ascensor para personas que Estados Uni dos tomó la delantera a Europa. Hasta tal punto fue así que en la Exposición Uni versal de París en 1889, se presento la Torre Eiffel con ascensores americanos de la Otis Elevator Company a pesar de haber prohibido los directores de la Exposición el empleo de materiales extranjeros en la construcción de la torre, ya que Gusta ve Eiffel no encontró ningún constructor francés fiable que se hiciera cargo del diseño de la construcción de los ascensores, los cuales debían funcionar en el interior de las patas curvadas de la torre (9) (Figura 2.18). Estos ascensores llevaban a los visitantes desde el nivel del suelo hasta la segunda plataforma situada a una altura de unos 115 metros (los otros dos ascenso res que subían en las etapas segunda y tercera hasta la cúspide eran de fabricación francesa). El ascensor hidráulico había sido mejorado de tal forma que los tres ascensores sucesivos que había en la citada torre llevaban al visitante a la cúspide en tres etapas en siete minutos.
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Figura 2.18 Torre Eifíe! equipada con tres
ascensores en tres tramos (1889) [9J.
La tracción eléctrica El primer ascensor eléctrico hizo su aparición en 1889 en el Demarest Builing en Nueva York. Fue una modificación directa del primitivo ascensor con tambor accio nado a vapor pero sustituyendo esta fuente de energía por la eléctrica mediante un motor de corriente continua (Figura 2.19). Este ascensor continuó en servicio hasta 1920, año en que se demolió el edificio. El primer ascensor con pulsador automático de llamada se instaló en 1894. El ascensor eléctrico, tuvo desde sus comienzos un gran éxito, por su menor coste de instalación y funcionamiento pero tenía el inconveniente de la poca preci sión de sus paradas. Este defecto fue corregido totalmente con la instalación de los grupos de regulación de velocidad Ward Leonard, que todavía se utilizan en la actualidad como veremos más adelante. Con la tremenda actividad arquitectónica que caracterizó a los comienzos del siglo XX y el creciente tamaño y altura de los edificios construidos en aquellos años, aspectos tales como cantidad, tamaño, velocidad y localización de los ascensores comenzaron a plantearse. Con estas cuestiones, nadó la tecnología del tráfico verti cal.
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Ascensores y montacargas
Figura 2.19 Máquina de ascensor accionado por un motor con tracción eléctrica correspondiente al primer ascensor eléctrico ¡6J.
Un razonamiento erróneo pero típico en aquel tiempo era "Joe Doe tiene dos ascensores en su edificio y todo funciona bien. Como mi edificio es el doble de grande, implantaré dos ascensores de tamaño doble que el de Joe Doe". Enseguida se veía que en este segundo edificio los tiempos de espera eran el doble que en el primero, lo cual originaba quejas de los usuarios. Ejemplos como el citado estimula ron el estudio del tráfico vertical. Los ascensores cambiaron drásticamente a principios del siglo XX. Conforme la electricidad se iba extendiendo por todo el mundo, el ascensor hidráulico iba des apareciendo dando paso al ascensor eléctrico con polea de tracción. El ascensor accionado por tambor (el pionero) estaba limitado por el tamaño del tambor y el hidráulico por la longitud del cilindro. Mientras que el ascensor eléctrico con polea de tracción que aparece en 1903 no presentaba ningún inconveniente de esta natura leza, de hecho corresponde al tipo estándar que tenemos hoy en día (Figura 2.20). Este tipo de ascensor no tiene limitación en altura, como ejemplo sirva la instala ción en una mina en Sudáfrica que desciende a una profundidad de 600 metros. El ascensor eléctrico con polea de tracción se desarrolló con una impresionante rapidez, quedando como aplicaciones estelares el Singer Building (185 m), el Metro politan Life Tovver (212 m) y el Woolworth Building (236 m) todos ellos construidos en Nueva York en 1912. Como problemas técnicos a resolver en edificios de tan elevada altura eran el peso propio de los cables y los esfuerzos en el eje de la polea y en sus apoyos.
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Figura 2.20 Ascensor eléctrico con polca de tracción.
La primera aplicación de gran altura de un ascensor eléctrico con polea de trac ción fue el Beaver Building (Nueva York, 1903). Este sistema era sin transmisión (gearless) así como el Singer Building y el Woolworth Building, anteriormente men cionados. En el año 1900, las maniobras accionadas por cable son sustituidas por manio bras puestas en marcha por pulsadores. El sistema Ward Leonard se introduce en el periodo entre 1910 y 1930, con siguiéndose velocidades que alcanzaban los 2 me tros/segundo y dando paso a los ascensores modernos. La situación en Europa En 1874 se crea la primera factoría de ascensores en Europa (Figura 2.21). En 1876 se instala el primer ascensor Paternóster, en la oficina de correos de Londres. En 1880,
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Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.21 Primera factoría de ascensores en Europa (Schindler)
se presenta en la feria industrial de Mannheim en Alemania el primer ascensor eléc trico construido por Wemer von Siemens. En 1990 se sustituyen las maniobras accionadas manualmente por cable, introduciéndose las maniobras puestas en mar cha por pulsadores. En 1912 se registra en España la primera factoría de ascensores, correspondiendo las primeras instalaciones a maquinaria de elevación en el barcelonés Gran Teatro del Liceo y a la plataforma que elevaba la pista central del circo Olympia. En 1925, en Europa se fabrica un nuevo sistema de tracción en corriente trifásica con parada de precisión (dos velocidades), desarrollando y mejorando la tracción de una velocidad. En 1928 se desarrolla la primera maniobra colectiva en Europa. Los comienzos del siglo XX: La electromecánica En los ascensores primitivos, los accionados por máquinas de vapor o los hidráulicos, el dispositivo de operación era un cable que recorría todo el hueco del ascensor y que hada actuar una válvula dispuesta en el fondo del hueco. Para subii; se tiraba del cable hada abajo para introduar vapor o agua en el arcuito y hacer elevar la plataforma. Para bajar, se tiraba del cable hada arriba para expulsar vapor o agua del circuito y hacer bajar la plataforma. Este sistema consistente en tirar del cable en sentido contrario al del movimiento tenía una ventaja adicional: que en las posiciones más inferior y más superior se disponía en el propio cable de una "bola de parada" de
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manera que al estar en la posición más inferior e intentar seguir bajando, se tiraba del cable hacia arriba haciendo aprisionar esta bola de parada en los agujeros dis puestos en la cabina a tal efecto, deteniendo inmediatamente la cabina. Este sistema de cable manual también llamado "cable Shipper" siguió utilizán dose de forma común incluso en los primeros ascensores eléctricos aunque la nor mativa al cabo de un tiempo prohibió este tipo de sistema operativo. Con la introducción del ascensor eléctrico, el paso natural era colocar un inte rruptor en la cabina que hiciera accionar el ascensor en ambos sentidos y lo hiciera detener cuando el ascensor estaba ya en el piso deseado. Los impulsos eléctricos desde la cabina hasta la sala de máquinas eran transmitidos a través de un cable eléctrico. Progresivamente se fueron introduciendo dispositivos de seguridad como el sistema de cierre de puertas, de manera que el ascensor no se ponía en funciona miento hasta que la puerta del ascensor no estuviera perfectamente cerrada o la emisión de una señal acústica o visual para anunciar la llegada del ascensor a un piso determinado. El accionamiento mediante interruptor en cabina se utilizó en edificios de ofici nas desde principios de 1880 a principios de 1920. En paralelo con el desarrollo de este tipo de accionamientos en edificios de oficinas, se ponía en marcha en edificios residenciales en Estados Unidos en el periodo de 1880 a 1920 el sistema operativo denominado "Sistema Automático Simple". Dado que el tráfico era muy bajo, no se justificaba la presencia de un operador a tiempo completo y por lo tanto se requería un sistema automático. Este consistía en un sistema similar al que tenemos hoy día, es decir, una serie de botones en cabina y en cada piso de forma que el ascensor es gobernado con prioridad desde cabina y cuando la maniobra accionada desde cabina ha finalizado, desde cualquiera de los pisos a los que el ascensor tiene acceso. Este sistema es utilizado hoy en día en ascensores poco utilizados donde los usuarios prefieren esperar y tener uso exclusivo cuando están en cabina. Conforme se elevaba la altura de los edificios y la velocidad de los ascensores aumentaba (hasta 3 5 m/s) se hizo necesario un sistema eficiente de operación para detener la cabina con precisión introduciéndose a principios de 1920 el denominado control de señal. Este sistema requiere un operador que mediante pulsación de un botón el sistema del ascensor registra la orden y determina automáticamente acele raciones, respuestas a llamadas desde otros pisos, deceleraciones y ajustes exactos al nivel del piso. El operador no sabe a qué llamadas va a acudir el ascensor hasta que éste no comienza el proceso de frenada. Con este sistema no existen restricciones en la velocidad del ascensor. Durante la décadas de 1920 y 1930 se implantaron un elevado número de ascensores con este sistema viajando a velocidades superiores a 7 m/s. Como referencia pueden citarse el Empire State y el Chrisler Buildings y la mayoría de los ascensores del Rockefeller Center. La gran parte de estos edificios han sido actualizados incorporándose Siste mas Operativos Automáticos de Grupo.
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Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Los Sistemas Operativos Colectivos permiten guardar en memoria llamadas de forma colectiva tanto en la dirección del ascensor como en sentido contrario, de manera que cuando el ascensor ha terminado un recorrido, inicia automáticamente el movimiento en sentido contrario para atender las llamadas realizadas previa mente. Este sistema no requiere operador. La fabricación de ascensores con tracción en corriente continua (Ward-Leonard) y regulación electrónica durante todo el recorrido data de 1945. A finales de la'década de 1940 se concibe por primera vez un sistema basado en dispositivos electrónicos que mide la cantidad de llamadas, suma el tiempo en que se hacen y automáticamente combina estos datos con otros para programar y hacer funcionar grupos de ascensores conjuntamente. Este sistema fue instalado en el edi ficio de las Naciones Unidas de Nueva York, en 1949. Meses más tarde se inventa el primer sistema electrónico, aplicado en las puertas, para la protección de los pasaje ros. Analizando la historia de la elevadón vertical se observa que se desarrollan en paralelo dos tecnologías. Por un lado la de Control de Señal que requiere un opera dor y está indicada para edifidos grandes y con gran tráfico y la de Sistemas Opera tivos Colectivos, que no requiere operador pero que se utilizaba en edifidos residendales y en general de bajo tráfico. En 1949, se introduce en un edifido de ofidnas de Texas el ascensor completamente automático sin operador y que respondía a demandas muy exigentes de tráfico. Su responsable técnico fue el Ingeniero Jefe de Desarrollos de la Otis Elcvator Company, William Bruns. Mediante circuitos electrónicos y automáticos era posible programar maniobras eficientes desde el punto de vista de tráfico vertical. Desde prindpios de 1950 hasta nuestros días, todas las compañías de ascensores han desarrollado maniobras programadas. La Otis Elevator Company introdujo los programas Autotronic (4 y 6), el Basic Autotronic con Múltiple Zoning, VIP 260 y los programas Elevóme Schindler desarrolló las familias Auto Signamatic 1090, 1092IC, Aconic, Supermatic, Transitronic y Miconic. Westinghouse implantó las familias Selectomatic (4 y 6 Pattern y Mark IV y V). Los sistemas de Dover se deno minaron Traflomatic y finalmente para los de Montgomery, se utilizó el nombre de Miprom. A prindpios de la década de 1960 se desarrolla y fabrica un nuevo acdonamiento Ward-Leonard con reguladón de transistores de Germanio para ascensores rápidos. En 1965, la tracción por primera vez se transistoriza, construyéndose en Europa una tracción de este tipo especialmente adaptada para la parada directa y regulada electrónicamente en fundón de la distanda al nivel de piso.
2.1 Introducción
33
Figura 2.22 Circuito integrado que ejecuta maniobras programadas ¡3¡ y armario
de maniobra.
Los setenta: los circuitos integrados En la década de 1970 se desarrolla el primer sistema de control con microprocesador integrado, para grupos de ascensores, iniciando con ello la gestación de un nuevo sistema, que, basado en la electrónica y los sofisticados controles espaciales, alcanza en los años 80 un grado de eficiencia, rendimiento y disponibilidad jamás alcanzado. La pesada y cara electromecánica era sustituida por el circuito integrado. Su principal ventaja, el reducido tamaño y su menor coste energético. Por contra, exis tía una importante barrera psicológica, que iba a ser vencida a lo largo de la década. Los ochenta: el microprocesador Los circuitos de maniobra fueron progresivamente evolucionando desde los refe o la electrónica (lógica cableada) hasta un minúsculo computador que ejecutaba un programa de ordenador donde se establecía en un lenguaje informático la maniobra a realizar. A la disminución del tamaño y del consumo se unía la notable ventaja de la flexi bilidad y capacidad funcional que un programa de ordenador podía ejercer. A mitad de la década de 1980, se introduce el Remóte Elevator Monitoring, con sistente en un telesistema para la verificación del funcionamiento de diversos com ponentes del ascensor a distancia. Optativamente el sistema permite la comunicación oral de una persona en cabina (atrapada accidentalmente) con un centro de servicio, así como la corrección de un incipiente defecto que posterior mente pudiera dar lugar a un fallo en el ascensor.
34
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.23 Seattle Space Nccdle ¡6¡.
En el año 1986 se introduce el sistema de frecuencia variable para el control de ascensores de alta velocidad, con una avanzada tecnología que permite un impor tante ahorro energético. Dos años más tarde se implanta el motor lineal para ascen sores, que al estar acoplado al contrapeso elimina la necesidad del cuarto de máquinas con el consiguiente ahorro económico y de espacio. En las referencias 111-41) se puede obtener más información sobre la evolución del transporte vertical. A finales del siglo XX, se consiguieron grandes logros en la tecnología del ascen sor. No obstante aún quedan una serie de prestaciones que exigir en una instalación moderna, tales como: • Mayores velocidades de marcha (hasta 8 -10 m /s) • Mayor confort de funcionamiento; es dedr viajes suaves y sin sacudidas • Niveladones más exactas e independientes de la carga • Disminudón de los tiempos de espera en planta, con el desarrollo de manio bra flexibles que optimicen el tráfico • Máxima seguridad de uso y funcionamiento • Máxima fiabilidad de respuesta en las demandas de servido
2.1 Introducción
2 .1.2
35
Definiciones
Amortiguador órgano destinado a servir de tope deforme de final de recorrido y constituido por una sistema de frenado mediante fluido o muelle (u otro dispositivo equivalente). Aparato elevador para obras Aparato elevador que se desplaza por guías vertica les, o débilmente inclinadas respecto a la vertical, sirve niveles definidos y está dotado de una cabina, cuyas dimensiones y constitución, permiten materialmente el acceso de personas y materiales. A parato elevador para obras de adherencia Aparato elevador en el cual, los cables son arrastrados por adherencia, sobre poleas motrices del grupo tractor. Aparato elevador para obras de piñón y cremallera Aparato elevador, cuya trac ción, la realiza directamente el piñón motriz del grupo tractor, engranando sobre una cremallera fijada en la torre, mástil o estructura en toda la altura de su reco rrido. Ascensor Aparato elevador instalado permanentemente, que sirve niveles defini dos, que utiliza una cabina, en la que las dimensiones y constitución permiten evi dentemente el acceso de personas, desplazándose al menos parcialmente, a lo largo de guías verticales o cuya inclinación sobre la vertical es inferior a 15°. Ascensor de adherencia Ascensor con suspensión por cadenas o por cables cuya tracción no se realiza por adherencia. Asccitsor de tambor de arrollamiento
(Ascensor de arrastre).
Autonivelación Operación que permite, después de la parada, el reajuste de enrase durante las operaciones de carga y descarga mediante correcciones sucesi vas. Bastidor Estructura metálica que soporta a la cabina o al contrapeso y a la que se fijan los elementos de suspensión. Esta estructura puede constituir parte integrante de la misma cabina. Cabina Elemento del ascensor o del montacargas destinado a recibir las personas y/o la carga a transportar. Camarín
(ver Cabina)
Carga de rotura mínima del cable El producto del cuadrado del diámetro nominal del cable (en milímetros cuadrados) por la resistencia nominal a la tracción de los hilos (en newtons/milímetro cuadrado) y por un coeficiente característico del tipo de cable (ISO 2532). La carga de rotura efectiva obtenida en el ensayo de rotura de una muestra de cable, siguiendo un método definido, debe ser, como mínimo, igual a la carga de rotura mínima. Carga nominal Carga para la que ha sido construido el aparato y para la cual el suministrador garantiza un funcionamiento normal.
36
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Cercado Espacio delimitado, al que sólo se ingresa por uno o más accesos provis tos de puerta con llave. Cuarto de máquinas llaje.
Local donde se hallan los elementos motrices y/o su apare-
Cuarto de poleas Local que no contiene el órgano tractor pero sí poleas, y even tualmente limitador de velocidad y aparatos eléctricos. Enclavamiento Efecto que producen los dispositivos eléctricos o mecánicos, que al actuar sobre algún elemento de la instalación, impiden el movimiento del aparato eléctrico. (ver bastidor)
Estribo
Foso Parte del hueco situado por debajo del nivel de parada más bajo servido por la cabina. Gálibo de desplazamiento la cabina o el contrapeso.
Espacio no limitado físicamente en el cual se desplaza
Guardapie's Tablero que contiene una parte vertical lisa, a plomo del borde de los umbrales de las puertas de piso o de la cabina y debajo de ellos. Guias
Elementos destinados a guiar la cabina o contrapeso, si existe.
Hueco Rednto por el cual se desplaza la cabina y el contrapeso, si existe. Este espacio queda materialmente delimitado por el fondo del foso, las paredes y el techo. Limitador de velocidad órgano que, por encima de una velocidad ajustada pre viamente, ordena la parada de la máquina y si es necesario provoca la actuación del paracaídas. Máquina
Conjunto tractor que produce el movimiento y la parada del ascensor.
M ástil o torre Conjunto de tramos metálicos, unidos entre sí, sobre el que van fija das las guías de la cabina y, en su caso, las poleas de reenvío, la cremallera o las guías del contrapeso de los ascensores para las obras. M ontacamillas Ascensor cuya cabina está dimensionada para transportar una camilla, o cama de clínica y al menos una persona acompañante. Montacargas Aparato elevador instalado de forma permanente que sirve a nive les definidos, consta de una cabina inaccesible a las personas por sus dimensiones y su constitución, que se desplaza a lo largo de guías verticales o con inclinación infe rior a 15°. Montacargas de adherencia Montacargas cuyos cables son arrastrados por adhe rencia en las gargantas de la polea motriz de la máquina. Montacargas de arrastre Montacargas con suspensión por cadenas o por cables cuya tracción no se realiza por adherencia.
2.1 Introducción
37
Montacargas de tambor de arrollamiento
(ver Montacargas de arrastre).
Montacoches Ascensor cuya cabina tiene las dimensiones adecuadas para el transporte de vehículos automóviles de turismo. Nivelación Operación que permite mejorar la precisión de parada de cabina a nivel de los pisos. Paracaídas Dispositivo mecánico que se destina a parar o inmovilizar la cabina o el contrapeso sobre sus guías en caso de exceso de velocidad en el descenso o de rotura de los órganos de suspensión. Paracaídas de acción amortiguada
(ver Paracaídas progresivo).
Paracaídas de acción instantánea logra por bloqueo casi inmediato.
Paracaídas cuya detención sobre las guías se
Paracaídas de acción instantánea y efecto amortiguado Paracaídas cuya deten ción sobre las guías se logra por bloqueo casi inmediato, pero de forma que la reac ción sobre el órgano suspendido sea limitada por la intervención de un sistema elástico. Paracaídas progresivo Paracaídas cuya detención sobre las guías se efectúa por frenado y en el que se toman disposiciones para limitar la reacción sobre el órgano suspendido, a un valor admisible. Pasajero
Persona transportada por un ascensor.
Placa de tope Placa que se fija en el bastidor, destinada a entrar en contacto con el amortiguador o con el tope. Recinto
(ver Hueco).
Recinto en form a de chimenea Recinto o hueco, en el que las puertas de acceso a los pisos, no dan directamente a los rellanos de la escalera o de otro local, de altura igual al recorrido del ascensor. Recorrido libre de seguridad Distancia disponible, en los finales de recorrido de la cabina o del contrapeso que permite el desplazamiento de éstos, más allá de sus niveles extremos. Superficie útil Es la superficie de la cabina que pueden ocupar los pasajeros y la carga durante el funcionamiento del ascensor, medida a un metro por encima del pavimento y sin tener en cuanta los pasamanos si existen. En el caso de una cabina sin puerta no se contará en el cálculo de la superficie útil una banda de 0.1 m de ancho en la zona de cada pisadera de cabina. Suspensión Conjunto de los elementos (cables, cadenas y accesorios) que sostie nen y mueven la cabina y el contrapeso cuando existe, accionados por el grupo trac tor.
38
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Suspensión diferencial o doble suspensión Equipo compuesto por un sistema múltiple de poleas, de forma que aumenta el número de ramales, y por lo tanto dis minuye la tensión en los cables o cadenas. Usuario
Persona que utiliza los servicios del ascensor o montacargas.
Usuario advertido Persona que ha recibido del encargado del servicio ordinario del ascensor, instrucciones referentes a su utilización. Usuario autorizado Persona autorizada expresamente por el encargado del servi do ordinario del ascensor, para utilizarlo. Usuario autorizado y advertido Persona que, para utilizar los servidos de un ascensor determinado, ha recibido las instrucciones relativas a su uso de la persona responsable de la instalación. Velocidad nominal Veloddad de la cabina para la que ha sido construido el apa rato y para la cual el suministrados garantiza su fundonamiento normal. Zona de desenclavamiento Espacio por endma y por debajo del nivel de parada a que debe hallarse el suelo de la cabina para poder desclavar la puerta de piso de dicho nivel.
Tabla de símbolos a
aceleración de la cabina aceleración de retardo en un amortiguador anchura de la cabina aceleración inicial de retardo en un amortiguador
A,
superficie de la sección interior del cilindro superficie de la sección interior del conducto
\
superficie hidráulica del pistón
c
distancia entre ejes de engranajes
C,
coeficiente función de la deceleración de la cabina
c,
coeficiente función del tipo de perfil de la polea
Q
caudal a suministrar por la bomba
Cs
coeficiente de seguridad
d
diámetro del cable diámetro del alambre del resorte diámetro interior del cilindro distancia entre rozaderas
2.1 Introducción
dp
diámetro primitivo del tomillo sinfín
dr
diámetro primitivo de la corona
d.
diámetro interior de soldadura del cilindro diámetro interior de soldadura del pistón
D
diámetro del resorte de un amortiguador diámetro exterior del cilindro
Dr
diámetro de la polea de tracción
e
espesor en general
er
posición de la carga en la cabina posición de la carga en la cabina
E
módulo de elasticidad
r
desplazamiento total de la guía coeficiente de fricción entre cable y poleas
f.
límite de la banda de frecuencias bajas excitadoras
f2
límite de la banda de frecuencias altas excitadoras
it
desplazamiento en la guía debido a esfuerzo de flexión carrera máxima del amortiguador de resorte
ír
frecuencia natural del sistema
f«
desplazamiento en la guía debido a esfuerzo de torsión
F
flujo magnético en d entrohierro fuerza de retardo para el recorrido del amortiguador
Fm„
fuerza con el resorte totalmente comprimido
Fo
fuerza inicial de retardo en amortiguador de disipación de energía
FP
área de la corona circular del pistón
F,
fuerza radial sobre el diente
Ft
fuerza tangencial sobre el diente
F,
fuerza axial sobre el diente
Fr
solicitaciones sobre la guía
F*
solicitaciones sobre la guía
Capítulo 2
§n
aceleración de la gravedad
Ss
factor de esbeltez de Euler
G
módulo de cortadura del material
h
espesor mínimo del fondo del cilindro
Ascensores y montacargas
recorrido del amortiguador de disipación de energía h,
recorrido total del pistón espesor mínimo del fondo de pistón
h2
recorrido total del conducto
H
altura del recorrido de la cabina o longitud total de las guías totalidad del recorrido entre dos paradas sucesivas
i
radio de giro del perfil de la guía radio de inercia factor de cable
•c
índice de reducción
^inin
radio de giro mínimo del perfil de la guía
lo
momento de inercia axial del perfil
ll
momento de inercia del rotor-freno y sinfín
«2
intensidad rotórica momento de inercia de la corona y polea
h
momento de inercia de las partes del sistema que mueven linealmente
lm
momento de inercia del motor momento de inercia mínimo del perfil
It
momento de inercia transversal del perfil
Itran*»
momento de inercia del perfil
J
momento de inercia de la secdón del pistón
J
momento de inercia polar del resorte
k
coeficiente de conversión de unidades coeficiente de transferencia de calor rigidez del resorte
K
calor disipado por el reductor
1
longitud del resorte sometida a torsión
2.1 Introducción
k L
distancia entre anclajes de las guias avance del tomillo sinfín carrera total del pistón peso de las vigas de apoyo
n\
peso unitario de los cables de maniobra
ms
peso de las guías por m peso unitario de los cables de compensación peso unitario de los cables de suspeasión peso total de la máquina
M
carga total sobre el amortiguador hidráulico ' par motor desarrollado por un motor asincrono par estático de frenada
M<&»
par dinámico de frenada
M,
par de frenada
Mm
par motor
Mp
momento en el tomillo sinfín
Mr
momento en la corona
mt
momento torsor de un resorte momento torsor en la polea
n
r.p.m. del motor número de cables número de espiras activas del resorte número de silentblocks r.p.m. del motor
"p
r.p.m. del tomillo sinfín
«T
r.p.m. de la rueda o corona
p
paso en general presión específica de cables sobre gargantas de las poleas
Pmox
presión máxima de servicio
Pr
paso circular de la corona
Capitulo 2
Ascensores y montacargas
p<
paso axial del tomillo sinfín
p
potencia
p»
potencia desarrollada en el tomillo sinfín
P .-P 2
pérdida de potencia
p2
potencia desarrollada en la corona
p,
presión de trabajo
%
área total de los agujeros de escape por debajo del pistón
Q
carga no equilibrada
Q.
peso de los cables y cabezal
02
peso propio del pistón
Q„
peso de la cabina
0*
peso de la cabina y del cable de maniobra
a
peso del contrapeso
a
peso de los cables de maniobra
Ql
peso de los cables de suspensión
Qouyarjdi
peso de la carga útil más la cabina mayorada por un coeficiente de seguridad
0.
carga total de cálculo
Or
carga total de la cabina más la carga, carga total
Q»
peso de la carga útil
R'v
carga máxima de compresión soportable por la guía
R»,
reacción horizontal sobre la guía
*p
nidio de la polea de desvio
R*
radio de la polea de tracción
Rv
reacción vertical sobre la guia
s
radio de giro de la sección de la guía rigidez total de los silentblocks
S| S
rigidez de un silentblock sección de la guía superficie exterior del sistema de engrane
/ 2.1 Introducción
SP
área del pistón del amortiguador
«í
tiempo de frenada
T
tensión estática del cable
T,
tracciones del cable a un lado de la polea
t2
tracciones del cable a un lado de la polea
\
esfuerzos de frenado del paracaídas
V
velocidad dd pistón dd amortiguador velocidad de régimen de la cabina
Vo
velocidad inicial del impacto en un amortiguador
VP
velocidad en que se inicia la acción del paracaídas
V
volumen de aceite máximo en circulación
vt
volumen de aceite en el cilindro
v2
volumen de aceite en la conducción
VP
velocidad lineal del tomillo sinfín
vr
velocidad lineal de la corona velocidad de deslizamiento
w
coeficiente de aumento de las cargas por pandeo velocidad de descarga del pistón del amortiguador
X
y
desplazamiento del resorte longitud variable del cable conductor bajo la cabina posición del pistón
z
longitud variable desde la cabina hasta su posición más baja
Zp
número de dientes del tomillo sinfín
z,
número de dientes de la corona
V
coeficiente de Wahl ángulo de hélice coeficiente de porcentaje de carga equilibrada con contrapeso
a
ángulo del arco abrazado por el cable a lo largo de la polea
“n
ángulo de presión normal
Ol
ángulo de presión transversal
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
p
ángulo de la entalla semicircular
A0
incremento de temperatura
5
ángulo iiel arco cortado por la entalla de la garganta semicircular
♦
ángulo de fricción ángulo de torsión del resorte
Y
ángulo de paso ángulo de la garganta trapezoidal densidad del aceite
*1
rendimiento del conjunto
n‘c
eficiencia de la transmisión inversa
n’o
eficiencia del reductor en una transmisión inversa
1c
eficiencia de la transmisión directa
%
eficiencia de los rodamientos
n„.
eficiencia del motor
n«
eficiencia del reductor en una transmisión directa
nP
eficiencia de la polca
»L
eficiencia mecánica del sistema
%
rendimiento total de la bomba
X
coeficiente de esbeltez ángulo de avance del tomillo sinfín
M
coeficiente de rozamiento coeficiente de descarga temperatura ambiente
Bl
temperatura máxima en el aceite de la caja de engrase
®*Ln
tensión admisible del material resistencia a tracción del alambre
Ok
resistencia a compresión de la guía
>g<>
coeficiente de fricción en engranajes
*r
máxima tensión permisible a torsión
2.1 Introducción
Figura 2.24 Ascensor eléctrico.
2 .1 .3
2 .1 .3 .1 2.1.3.1.1
Tipologías básicas
Ascensores Ascensores eléctricos
Los grupos tractores de los ascensores eléctricos están normalmente formados por un grupo motor, acoplado a un reductor de velocidad, en cuyo eje de salida va mon tada la polea acanalada que arrastra los cables por adherencia, o bien un tambor en el que se arrollan los cables, aunque éste último sistema ya prácticamente no se uti liza.
46
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Los motores eléctricos más utilizados son de corriente alterna, de una o dos velo cidades y con variador de frecuencia, aunque también se utilizan los motores de corriente continua con convertidor continua-altema. La instalación se compone de un circuito de tracción, anteriormente descrito y compuesto por motor, freno, reductor y polea de tracción, un circuito de elevación compuesto por la cabina, el contrapeso y el cable de tracción y en algunos casos el cable de compensación y finalmente se implanta un circuito de limitador de veloci dad compuesto por el propio limitador, el cable de paracaídas y el mecanismo pro piamente dicho de paracaídas que hace detener la cabina en caso de exceso de velocidad. También se incorpora la instalación fija formada por guías y amortigua dores, cuatros de máquinas y poleas y puertas de acceso. 2.1.3.1.2
Ascensores hidráulicos
Los ascensores hidráulicos, pioneros en el transporte vertical en los edificios de viviendas y oficinas, fueron desplazados en estos últimos años por los ascensores eléctricos. Pero como en la técnica no hay nada definitivamente caduco, los ascenso res hidráulicos perfeccionados y modernizados, vuelven a ser utilizados para mon tacargas, montacoches y para edificios de viviendas de 5 ó 6 pisos (15 a 18 m), sobre todo cuando se presentan problemas para instalar los cuartos de máquinas. Están compuestos por una central hidráulica, cilindro, pistón, cabina y cuarto de máquinas. A diferencia del ascensor eléctrico, este tipo de elevador no incorpora contrapeso. La instalación de ascensores hidráulicos en España ha de tener un gran incre mento, en cuanto se abandonen las construcciones tipo colmena, como está ocu rriendo en todos los países, a medida que se eleva el nivel de vida. Montacargas Mantiene los mismos principios generales del ascensor con la única variante en lo que respecta a la cabina, que no se encuentra específicamente preparada para el transporte de personas. Montacargas pequeños
Aparato elevevador instalado de forma permanente que sirve a niveles definidos, consta de una cabina inaccesible a las personas por sus dimensiones y su constitu ción, que se desplaza a lo largo de guías verticales o con inclinación inferior a 15°. Para cumplir con la condición de inaccesibilidad, las dimensiones de la cabina deben sen • superficie
1.00m2 máx.
• profundidad
1.00 mmáx.
• altura
1.20 m máx
2.1 Introducción
47
Figura 2.25 Ascensor hidráulico.
Sin embargo, puede admitirse una altura de más de 1.20 m, si la cabina consta de varios compartimentos fijos que cumplan las condiciones anteriores. Montacargas grandes
No presentan las restricciones de dimensiones del caso anterior. Cuando se selec ciona el tamaño de la cabina y la carga a elevar es muy importante tener en cuenta no solamente la carga a transportar sino también el equipo de carga y el tipo de vehículos de transporte de cargas utilizado.
48
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
' ■ ■ Tabla 2 .! Capacidad y dimensiones de m ontacargas,. • -
Ascensores ÜL Carga (kg)
N® personas (max)
Ancho puerta (mm)
BK Ancho cabina (mm)
TK Profundo cabina (mm)
320
4
700
950
950
500
6
800
1100
1225
630
8
900
1100
1400
800
10
900
1350
1400
1000
13
1100
1600
1400
1250
16
1100
1950
1400
Montacargas N“ personas (max)
Carga (kg)
BK Ancho cabina (mm)
TK Profundo cabina (mm)
Paleta o traspálelo
8
630
1100
1400
Paleta, traspaleta o carretilla manual
13
1000
1300
1750
Paleta o carretilla manual
16
1250
1300
2150
Paleta o carretilla manual
21
1600
1600
2150
Paleta, carretilla manual o carretilla eléctrica
26
2000
1600
2550
Paleta, carretilla manual o carretilla eléctrica
33
2500
1750
2800
Pateta, carretilla manual o carretilla eléctrica
42
3200
1800
3300
Paleta, carretilla manual carretilla eléctrica
42
3200
2200
2700
Paleta, carretilla manual o carretilla eléctrica con conductor
53
4000
2200
3200
Paleta, carretilla manual carretilla eléctrica con conductor
66
5000
2400
3600
Tipo vehículo
49
2.1 Introducción
Montacamas Este tipo de ascensores son típicos para el transporte de personas, camillas y camas, por ello deben tener una apertura mínima de puertas de 1000 ó 1100 mm. Las cargas y dimensiones usuales son las siguientes:
V
-
i
(
Tabla 2.2 D ¡mensiones de rnontacamas
BK Ancho cabina
TK Profundo cabina
BS Anchura hueco
TS Profundo hueco
BT Telescópicas
(
1250 kg
1300
2100
2200
2600
1100
(
1600 kg
1400
2400
2200
2900
1100
(
2000 kg
1500
2700
2500
3100
1300
(
Las dimensiones están referidas a la Figura 2.26.
BK
TK
TS
BT
BS
Figura 22.6 Dimensiones de un montacamas.
(
50
Capítulo 2
2.1.4
Ascensores y montacargas
Normativa
Se pueden citar las siguientes Normas y Disposiciones Europeas de Seguridad y Normas para la planificación e Instalación de Ascensores, Montacargas y Montaplatos:
• Norma Internacional ISO 4190/2 Edición 1982. Montacargas. • Norma Internacional ISO 4190/1 Edición 1982. Montaplatos. • Norma Internacional ISO 4190/1 Edición 1984. Selección de ascensores de personas y montacargas para edifidos residenciales. • Norma Europea EN 81-1 Edición 1985. Normas de seguridad para la cons trucción e instalación de ascensores de personas, montacargas y montaplatos. Parte I. Ascensores Eléctricos. • Norma Europea EN 81-1 Edición 1987. Normas de seguridad para la cons trucción e instalación de ascensores de personas, montacargas y montaplatos. Parte II. Ascensores Hidráulicos. • Norma Internacional ISO 4190/1 Edición 1990. Ascensores de personas, montacamillas y montacargas. • Directiva Europea 95/ 16/CE Edición 1995. Aproximación de las legislaciones de los Estados miembros relativas a los ascensores.
Dim ensiones de ascensores
Las dimensiones que deben regir el diseño de una instalación para un ascensor son las siguientes:
2.1 Introducción
5 _ » 2 .5 X d rb
«Mhucu)
H _ 0 .5 A— 0.J5 1-20-5
1 2 3 4
Las puertas no abrirán hacia el interior del hueco La cerradura permite el enervamiento sin llave. Pueden abrirse desde el interior sin llave, aún estando enclavadas. El ascensor no funciona si están abiertas, excepto en operaciones de control puenteando eléctricamente el cierre de seguridad 5 De superficie llena. 6 Obligada si el foso es > 2.5 m y el proyecto del edificio lo permite. 7 En tramos cuyas puertas disten más de 11 m, con cabinas adyacentes sin evacuación.
Figura 2.27 Dimensiones del hueco del ascensor.
y 52
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Si d < 0.3 m la separación se prolongará
Figura 2.28 Dimensiones del hueco del ascensor en un hueco con varios ascensores y poleas
en el hueco y detalle del techo del hueco de un ascensor.
t (
2.1 Introducción
53
r
Pivotanle/Baliente Iluminación ddctrica o natural con SO lux c o n » mínimo
Desendavaniiento S de socorro
Endavamienlo 3000 N 5-6 Señal luminosa de estacionamiento
r
- Mirillas transparentes -2 S^ 0.015 m2 espesor 6 mm mínimo
60 a 15 mm
Control eléctrico de cierre Metálicas 1-2-3-4 — 5 cm > ancho cabina
Zona de desclavamiento 0.2 m arriba o abajo
Deslizamiento horizontal^Correderas Guiadas en sus partes superior e inferior Endavamiento 1000 N 56
(-4
C
f-4
• Control eléctrico de cierre Puertas automáticas 1-2-3-4 El esfuerzo necesario p/ impedir el cierre < = 150 N¡, a partir de 1/3 de su recorrido Dispositivo de apertura a ni ¡golpeo (puede ir en las puertas de cabina)
Zona de desclavanruenío 0 .3 5 m arriba y abajo
1 Cumplen la condición de parallamas según UNE 23-802-79. 2 Resistencia mecánica: 300 N/ 5 cm2 - deformación elástica < 15 mm. 3 Sólo se abre en presencia de la cabina. 4 No funciona el ascensor con la puerta abierta. 5 Encajado y mantenido por acción de la gravedad, imanes permanentes o muelles que actúan a compresión. 6 Protegido de la suciedad. Con mirilla transparente.
Figura 2 2 9 Dimensiones de las puertas de rellano.
r ( ( C (
t ( r T
Capítulo 2
54
V
Ascensores y montacargas
Guias metálicas si V > 0.4 m/s Permite montar barandilla Trampilla de socorro 0.25 m min
0.35 x 0.5 m
Contra de aflojamiento
Fuente de socorro
de cables
de recarga automática
i
Bases de toma de corriente Dispositivo de parada Dispositivo de mando Puertas
Dispositivo eléctrico
1-2-3-4-5
de control de cierre
300 N
Alarma de emergencia
Dispositivo de apertura
1SON para
antigolpeo
impertir el cierre
Svwbiáckin= 0.15 S¿n| SM
4p = 0.79 5p = 0.98 6p = 1.17 300 kg = 0.90
1 Superficie llena. 2 Holgura máxima 6 mm {el 50% de la superficie puede considerarse para ventilación). 3 Mirilla obligatoria si existe otra sobre las puertas de piso. 4 Apertura manual para rescate en la zona de desenclavamiento. 5 Obligatoria en caso de cabina sin puertas.
Figura 1 3 0 Dimensiones de la cabina.
2.1 Introducción
55
Prolección de salida de cables
LIMITADOR DE VELOCIDAD *1:2*
Volarte de rescate
acciona un dispositivo eléctrico de parada
Dl
De color amarillo
Precintable dispara a 1.15 V o A -1.5 m/s B • 1m/s con rodillos 0.8 m/s sin rodillos C - 1.25 V + (0.25/V)
- 2 cables mínimo d = 8 mm mínimo 1570 N/mm2 Coef. de seguridad 16 (con 3 cables, 12)
- dL 6mm mínimo - Su rotura o aflojamiento manda la parada por un dispositivo eléctrico de seguridad
r dl
Contacto de aflojamiento de cables
? PARACAÍDAS A - Instantáneo de efecto amortiguado (V < 1 m/s) B - Instantáneo (V < = 0.63 m/s) C - Progresivo (V > 1 m/s)
1 Si está en el hueco debe ser accesible desde el exterior de éste. 2 Puede dispararse en pruebas.
Figura 231 Dimensiones de la suspensión, paracaídas y limitador.
>3°
56
Capítulo 2
Iluminación eléctrica de instalación permanente
"W
Ascensores y montacargas
Puerta -1Prohibido el acceso excepto a personal autorizado
Cerradura can llave, que puede _ abrirse sin llave desde el interior Acceso por zona no privada
A,„.„ = 0.7 m
de La mano en la parte superior Trampilla H = 0.8 m; A = 0.8 m abre Hacia arriba, excepto si va asociada a una escala escamoteable
Reservadas para este uso. Si no son fijas dispondrán de puntos fijos de anclaje. No debe ser posible que resbalen o vuelquen 1 Cuarto de máquinas: alto 1.8 m; ancho 0.7 m. Cuarto de poleas: alto 1.4 m; ancho 0.6 m.
Figura 2 3 2 Dimensiones del acceso a cuartos de máquinas y poleas.
2.1 Introducción
57
Soportes o ganchos metálicos para facilitar las maniobras con material pesado Debe indicarse la carga máxima Instrucciones pora caso / de emergencia
' Ventilación al exterior
Toma de corriente Interruptor de luz del cuarto Interruptor de luz del hueco
Interruptor |g {D| o | de pirada '3'
^ - 7
Ancho mínimo dd armario/0.7 m
Ventilación / hueco
GD M = 0.8 A = 0.8
0.5 mínimo
Trampilla 1-2
— El suelo debe ser de material duradero, que no favorezca la creación de polvo, y no deslizante. — Las paredes, forjados de piso y techo de los cuartos deben absorber los ruidos inherentes al funcionamiento de los ascensores. — Prohibidas las instalaciones, incluso de ventilación, ajenas al servicio dd ascenso».
1 2 3
Cerradura con llave que permite la apertura sin día, desde d interior dd local, y cartel de prohibición. Apertura hacia el exterior. No corta: d alumbrado de cabina, la toma de corriente en d techo de la cabina y del cuarto de máquinas, d alumbrado dd cuarto de máquinas y dd hueco y el dispositivo de petición de socorro.
Figura 2 3 3 Dimensiones de los cuartos de máquinas y poleas.
58
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
2 .2 Composición y funcionamiento 2 .2 .1
Generalidades
Partes de un ascensor Las partes principales de un ascensor son las siguientes: (a) Hueco del ascensor, compuesto por: • El espacio, cerrado para que circulen cabina y contrapeso • Puertas de acceso • Guías metálicas de cabina y contrapeso: - Dos para guiado de cabina - Dos para guiado de contrapeso - De acero estirado, o superficies mecanizadas - Se prohíbe utilizar los mecanismos de paracaídas como apoyos de guía • Amortiguadores, situados en el extremo inferior del recorrido de la cabina así como en el contrapeso. Son de tres tipos: - De disipación de energía
Para cualquier velocidad
- De acumulación de energía
Hasta 1 m/s
- De acumulación de energía con retomo
Hasta 1. 6 m /s
(b) Circuito de tracción, compuesto por. • motor eléctrico • freno electromecánico • transmisión tomillo sinfín - corona • polea de tracción • polea desviadora • ejes, soportes de tomillo sinfín y corona y rodamientos • carcasa metálica (c) Circuito de elevadón, compuesto por: (el) Elementos de suspensión de cabina y contrapeso que antiguamente eran cadenas y cables de acero, utilizándose en la actualidad únicamente éstos últimos.
2.2 Composición y funcionamiento
59
• El número mínimo de cables es 2 • El diámetro nominal mínimo es 8 mm • La relación diámetro polea/diámetro cable debe ser > = 40 • El coeficiente de seguridad es 12 (3 cables) ó 16 (2 cables) • Debe existir un dispositivo automático de igualación de tensión • En caso de 2 cables debe implantarse un dispositivo contra alarga miento anormal (c2) Cabina, habitáculo donde se elevan personas o cargas en general. Está com puesto por: • estructura metálica que forma el esqueleto de la cabina • plataforma de suelo • puerta y mecanismo de apertura de ésta
Capítulo 2
60
Ascensores y montacargas
• apoyos de las guías, dos en la parte superior y dos en la inferior • paracaídas • anclajes de los cables de suspensión en la parte superior. - Deben ser amarres de cuña de apretado automático - Al menos tres abrazaderas o grapas - Manguitos fuertemente prensados - Material fundido (c3) Contrapeso, que equilibra el peso de la cabina en vado y la mitad de la carga a transportar. Está compuesto pon • el propio contrapeso (pesas) • el bastidor de contrapeso, si v <= 1 m/s, dos varillas metálicas • anclajes de los cables de suspensión, en la parte superior • apoyos de las guías, dos en la parte superior y dos en la inferior
22 Composición y funcionam iento
61
En caso de que la altura del recorrido del ascensor sea mayor de 25 metros, se suele implantar un cable de compensación que tiene por objeto compen sar el peso del cable de tracción.
(d) Circuito de paracaídas, compuesto por • Limitador de velocidad • Cable de accionamiento de paracaídas • Mecanismo de paracaídas • Polea tensora (e) Circuitos auxiliares, tales como: • Instalación eléctrica, incluyendo circuito de seguridad y alumbrado • Sistema de control
62
Capítulo 2
§o
U
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? c ' s- *É S> 5f, Ui o ^X“ Q 5 s r §S oicC^ní < < DK 5 = 5 3 “ O5 i ^ Wüa->-
Ascensores y montacargas
Reductor
Electroimán de freno
Polea motriz
“
ar eléctrico
Bancada soporte Polea desvio
Armario Maniobra
Limitador de velocidad
s
Fijaciones guías
Interruptor de fuerza
Cables tracción leva final
Trampilla evacuación Pantallas selector
< ■ 3
Interruptor final
Operador puerta
Armadura paracaídas
Botonera cabina
Puerta cabina
Cabina
O
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o < m < -. 7 r -J §
z t/1 O < ^ u % w U aJ
ü “ °«o 8 ie * 3 ¡g 2
§
Guias cabina y contrapeso Cable de maniobra
3 < § ^ 2 3 <
l U U Ü E t Ü
Luminoso Contrafieso Botonera piso
uj
a£
Z O
Cadena compensación
Puerta piso
LUQ lo Uh So o u. B<
Cable limitador Polea tensora cable limitador
Figura 2 3 7 Insta Lición típica de un ascensor.
Amortiguador
2.2 Composición y funcionamiento
63
Prindpios básicos Cada ascensor debe acdonarse con una máquina propia. Están autorizados dos sis temas de acaonamiento: (a) Por adherenda, empleando poleas y cables. (b) Por arrastre, 1.
empleando tambor de arrollamiento y cables, sin contrapeso, o bien,
2
empleando piñones y cadenas.
La Norma EN 81-1 limita el empleo del acaonamiento por arrastre a los ascenso res de velocidades hasta 0.63 m/s. Velocidad nominal de los ascensores Se denomina velocidad nominal o de régimen, la de desplazamiento de la cabina, para la que ha sido construido el ascensor, y que es la que garantiza el constructor del aparato, en funcionamiento normal. La velocidad del ascensor, medida en descenso, a media carga nominal, en la zona media del recorrido, y excluidos los periodos de aceleración y deceleración, no debe diferir en ± 5% de la velocidad nominal, con la tensión de la energía eléctrica suministrada al motor a su valor nominal. En la práctica existen motores de una, dos veloddades y con variador de fre cuencia. En la Figura 238 se representa la velocidad en función de la distanda entre dos paradas consecutivas. El ascensor de dos veloddades, llevará a cabo el reco rrido con menores aceleradones y por lo tanto con mayor confort para los usuarios.
UNA VELOCIDAD
DOS VELOCIDADES
Figura 2.38 Diagrama velocidad-recorrido para motores de una y
dos velocidades.
64
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
La tendencia actual es la utilización de un variador de frecuencias que permita regular la velocidad del ascensor para optimizar la marcha del ascensor y conseguir que el usuario recorra la distancia requerida en el menor tiempo posible y con el máximo confort.
Velocidad máxima posible entre dos paradas consecutivas Si se representa, como se refleja en la Figura 2.39, la velocidad de un ascensor en función del tiempo entre dos paradas consecutivas se observa que la curva consta de un tramo inclinado OA, que corresponde al período de aceleración desde el arranque; otro tramo prácticamente horizontal AB, que corresponde a la velocidad nominal o de régimen; y finalmente otro tramo inclinado, en sentido contrario al anterior, que corresponde al período de deceleración previo a la parada y que hemos representado por la recta BC. Evidentemente cuanto mayor sea la velocidad nominal que se deba alcanzar, mayor será la longitud de los tramos inclinados OA y BC, para una misma acelera ción y deceleración. Y la mayor velocidad nominal que se podrá alcanzar entre dos paradas consecutivas será la que se obtenga cuando los tramos de aceleración y deceleración ocupen la totalidad del recorrido entre dos paradas sucesivas H (Figura 2.40). Como se pueden suponer aproximadamente iguales los tramos de aceleración y deceleración puede tomarse para cada uno de ellos la mitad del recorrido H/2. Y utilizando la conocida fórmula cinemática, que relaciona la velocidad con la aceleración y el recorrido que debe hacerse para alcanzar aquélla: V = ./2ÜL
(2.1)
2 2 Composición y funcionam ienlo
65
Figura 2-40 Velocidad máxima en función del tiempo de un ascensor entre
dos paradas consecutivas.
Puede calcularse la velocidad máxima que se puede alcanzar entre dos paradas sucesivas, sustituyendo en (2.1), L por H/2, resultando: v = ^ 2 ¡ B = JÓH
(2 .2 )
Aceleraciones y velocidades utilizadas en los ascensores Las aceleraciones utilizadas en los ascensores oscilan ente 0.5 m/s2, para los ascen sores lentos, y 15 m/s2 para los ascensores rápidos. No se aconsejan aceleraciones mayores porque resultan molestas para los usuarios. De acuerdo con estos valores, se puede calcular la velocidad máxima teórica posible para ascensores con paradas probables en todos los pisos de su recorrido. Si suponemos que la aceleración del ascensor es 0.5 m/s2 y la altura entre dos plantas consecutivas, 3 m, la velocidad máxima posible será según (2-2): v = J a H = Vo5 m/s2 x 3 m = 1.23 m/s Naturalmente, si se aumenta la aceleración a 1.5 m/s, por ejemplo, aumentaría la velocidad máxima posible para el mismo recorrido de 3 m: v = J\ 5 m/s2 x 3 m =
2 .1 2
m/s
66
Capitulo 2
Ascensores y montacargas
Sin embargo, las aceleraciones fuertes exigen grandes pares de arranque y mayor potencia de motor, por lo que en general las aceleraciones de 1.5 m/s2 o simi lares sólo se emplean para los ascensores muy rápidos, con dispositivos de varia ción de velocidad en el arranque. Influencia de la velocidad de los ascensores en la nivelación El frenado final en los ascensores, se efectúa aprisionando entre dos zapatas el tambor montado en el eje motriz u otro unido a él por engranajes. Según sea el apriete de las zapatas sobre el tambor, será en general la eficacia del freno. Si el apriete es grande, el fre nado será brusco y el espado recorrido será corto; y recíprocamente, si el freno actúa sua vemente, el recorrido será largo, antes de detenerse totalmente la cabina. El problema se complica con las variadones de carga de la cabina que se tradu cen en variadones en la nivelación de su parada. Así, un ascensor con el freno per fectamente regulado para detener la cabina a nivel en vacío, queda bajo al detenerse, subiendo si está muy cargada. Y al contrario, si se regula el freno con la cabina muy cargada, queda alta, al detenerse subiendo, y para muy bruscamente, cuando la cabina está vatfa o con poca carga. Se observará que hasta los 0.70 m/s, el error de nivel es aceptable para los apara tos elevadores comentes, pues es inferior a los 5 cm. Sin embargo estos errores no son admisibles para los montacamillas, para los que se exige una niveladón de ± 2 cm, para obtener la cual tendría que ir la cabina a una veloddad de 0.25 m/s. Para veloddades mayores, los errores son totalmente inadmisibles, pues alcanzan ya los 1 0 cm para veloddades de 1 m/s, por eso a partir de esta veloddad, y aún mejor desde 0.8 m/s, se utilizan dispositivos de reducaón de veloddad hasta los 025 m/s cerca de la parada, o menos, en que los errores de niveladón son aceptables. Por ello, se recurre a motores de dos veloddades o con variador de frecuenaa.
2.2.2
Partes mecánicas
2 .2 .2 .1
Tipos de tracciones
2 .2 .2 .1 .1
Tracción eléctrica
Los motores más utilizados en los grupos tractores, son los siguientes: (a) trifásicos, del tipo de rotor de jaula de ardilla. Pueden ser de una o dos velodda des o con variador de frecuenda. (b) de corriente continua con convertidor de altema-continua. (c) Otros sistemas como doble motor o tipo Ward Leonard, ya desfasados.
, i T 1= 1
22 Composición y funcionamiento
'
67
■
-----------------
r;
i—
,
f
Figura 2.4 1 Esquema de la tracción hidráulica.
2.2.2.1.2
Tracción hidráulica
Son mucho menos utilizados que los de tracción eléctrica aunque en la actualidad existe una tendencia al alza en este tipo de tracción. Se compone de las siguientes partes: 1.
Grupo tractor, compuesto por un motor eléctrico asincrono con arranque en cortocircuito (bajas potencias) o con arrancadores en estrella-triángulo (altas potencias).
2
Bloque de válvulas de control del sistema hidráulico
3 Tuberías Su principal inconveniente es su mayor coste respecto a un ascensor eléctrico con las mismas prestaciones. Esta diferencia, queda compensada en parte por el ahorro del cuarto de máquinas en la parte superior del edificio. Otra desventaja es que a igualdad de prestaciones con un ascensor eléctrico, la potencia a instalar es más ele vada ya que el ascensor hidráulico no incorpora el contrapeso. Por otra parte, las velocidades que admite son menores que en el ascensor eléctrico y finalmente hay una dependencia respecto a la temperatura del aceite. Entre sus ventajas se puede considerar que la carga de elevación se transmite directamente a la cimentación del edificio, sin sobrecargar su estructura. No nece sitan en la parte superior del recinto ninguna instalación ni cuarto de máquinas o poleas. El cuarto de máquinas, con el grupo impulsor, puede estar a cualquier nivel de edificio, y no necesariamente anexo al recinto. El aprovechamiento del recinto es total, pues no llevan contrapeso, y sobre todo en los ascensores de acción
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.42 Dimensiones del cuarto de máquinas.
directa, en los que el cilindro va en un pozo del foso, aunque éste suele representar un inconveniente para el constructor. No precisan paracaídas en el chasis (Norma EN 81.2). En caso de avería en el grupo impulsor, o rotura de las tuberías, una simple vál vula a la entrada del cilindro, regula la salida del aceite para que la cabina des cienda. Como todo el sistema funciona en baño de aceite, el desgaste es bajo. Al disponer de dos velocidades: nom inal y niveladón, presentan unas características de arranque y paradas muy suaves. Pueden conseguirse nivelaciones muy precisas, lo que es necesario para la carga y descarga de vehículos. Y, finalmente, una de sus m ayores ventajas es la imposibilidad de que los usua rios queden atrapados en la cabina entre dos pisos por avería o fallo en el suminis tro de energía eléctrica. Los ascensores hidráulicos descienden por gravedad a motor parado, con la simple apertura de una electroválvula de poco consumo, en una maniobra de gran fiabilidad. Y para prevenir la parada por fallo en el suminis tro de energía eléctrica, pueden equiparse con una batería de carga continua, que abre automáticamente la electroválvula de descenso, y lleva la cabina hasta el ni\e del piso inmediatamente inferior.
69
2.2 Composición y funcionamiento
2 .2 .2 .2
Cuartos de máquinas y poleas
Son locales especial mente adecuados para ubicar los grupos tractores, sus cuadros de maniobra y las poleas de reenvío. No deben ser accesibles más que para el perso nal técnico encargado de su conservación y reparación. Si se accede al cuarto de máquinas por una escalera, será de una anchura mínima de 0.70 m y de 60* de inclinación como máximo. En la puerta debe figurar un rótulo prohibiendo el acceso a toda persona ajena al servicio.
Máquina de ascensor PELIGRO Acceso prohibido a toda persona ajena al servicio
Solamente en el caso de que las poleas de desvío fuesen fácilmente accesibles y sin peligro para su reparación y engrase por el personal de conservación, y no fue sen accesibles para personal ajeno, no sería necesario su alojamiento en local inde pendiente. Los locales en que se instalan los grupos tractores y sus cuadros de maniobra se denominan cuartos de máquinas, y los que albergan las poleas de reenvío, cuartos de poleas. Los cuartos de máquinas y poleas no deben contener más que las instalaciones relacionadas con los ascensores y el material necesario para su conservación. Deben quedar totalmente excluidos de ellos materiales, instalaciones, canalización, etc., ajenos a su servicio. No hay inconveniente en instalar en un mismo cuarto de máquinas o poleas las instalaciones correspondientes a dos o más ascensores de un mismo edificio. La Norma EN 81-1, admite en los cuartos de máquinas y poleas: (a) Maquinaria de montacargas y escaleras mecánicas. (b) Elementos calefactores para climatizar los locales, excepto radiadores de agua o vapor. (c) Detectores e instalaciones fijas de extinción de incendios para material eléctrico, ajustados a temperaturas más elevadas que las que pueden alcanzar los locales, en normal funcionamiento de los ascensores. El acceso desde la vía pública hasta los cuartos de máquinas o poleas debe reunir las siguientes condiciones, según la Norma EN 81-1: (a) Debe poder ser utilizado libremente en cualquier tiempo y circunstancia, sin necesidad de atravesar locales privados.
70
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
(b) Debe estar debidamente iluminado con luminarias apropiadas instaladas per manentemente y con interruptores colocados adecuadamente. (c) La altura del acceso debe ser como mínimo de 1.80 m desde el suelo, no conside rándose como altura deducible los umbrales de las puertas si son de altura máxima de 0.40 m. El acceso propiamente dicho al cuarto de máquinas o poleas debe hacerse con una escalera fija (Figura 2.42) que forme un ángulo máximo de 60* con la horizontal, de anchura mínima de 0.70 m y pasamanos en ambos lados. Los cuartos de máquinas, salvo excepciones muy justificadas, deberán instalarse en la parte superior del recinto pues esta disposición es la más ventajosa desde lodos los puntos de vista. En ningún caso los cuartos de máquinas se construirán adosados a locales habitados. Una de las ventajas de los ascensores hidráulicos se deriva de la libertad de emplazamiento del cuarto de máquinas, que puede situarse en cualquier posición, al contrario de lo que ocurre con los ascensores eléctricos en los que el enlace relati vamente rígido del grupo tractor con la cabina no permite variaciones, si no se quiere acortar la duración de los cables. El cuarto de máquinas de los ascensores hidráulicos puede colocarse teórica mente a cualquier nivel y distancia del recinto, pues el enlace del grupo impulsor con la cabina se realiza por medio de un fluido, más flexible que el cableado eléc trico. 2 .2 .2 .3 2.2.2.3.1
Máquinas Motor
La construcción y características de los grupos tractores y sobre todo de los motores con que van equipados, varía según sea la veloddad nominal del ascensor y el ser vicio que deben prestar. Se puede establecer el siguiente esquema: • Motores de corriente alterna - motores de una velocidad - motores de dos velocidades - motores con convertidor de frecuencia • Motores de corriente continua con convertidor altema-continua En la Tabla 2 3 figuran las características de los grupos tractores generalmente empleados de acuerdo con la veloddad de aplicadón de los ascensores. A continuadón se van a estudiar las características constructivas y fundonales de cada grupo tractor.
71
22 Composición y funcionamiento
Tabla ^
\Grupos fractures utilizados por lo s'ip ira to s le va d o re s según su velocid
"
-
Cías* de instalación
Edificios de viviendas bajos
Velocidad de régimen m/s hasta 0.70 m /s
Grupo tractor con reductor y motor asincrono de una velocidad
Edificios de viviendas altos y oficinas
desde 0.70 a 1 m /s
Edificios de oficinas y
desde 1 m /s a
con reductor y motor asincrono de dos veloddades
25 m /s
con reductor y con variador de
comerciales, hospitales
frecuencia o motor de corriente
(montacamillas)
continua con convertidor c-a
Edifid os de ofidnas y
m ayor de 2.5 m /s
comerciales con tráfico intenso Alm acenes y talleres
tracción directa y con variador de frecuenda
hasta 0.70 m /s
con reductor y motor asincrono
montacargas o elevadores mixtos
de una o dos veloddades o con
de grandes cargas, y a veces m ontacamillas de hospitales
variador de frecuencia
2.2.2.3.1.1 Motores de comente alterna Son los más utilizados, de hecho, la tendencia actual es el aumento del número de instalaciones con motores de comente alterna, mientras que disminuye el número de las que incorporan corriente continua, mucho más costosas de mantener. En lo que se refiere al motor de corriente alterna, son de jaula de ardilla, pudiendo incorporar dos velocidades mediante la conmutación de polos. 2.2.2.3.1.1.1 Grupos tractores con motores de una velocidad Los grupos tractores con motor de una velocidad, sólo se utilizan para ascensores de velocidades hasta 0.70 m/s. La curva par/velocidad de un motor de estas carac terísticas apenas deja margen de variación para la velocidad. El nivel de confort es bajo, aunque se utilizan para ascensores industriales de gran carga pero de velocidad muy reducida (de 0.20 m/s a 030 m/s), en general, la mayor aplicación de estos grupos tractores la tienen en los ascensores de viviendas de 320 kg y 4 personas, de tipo económico por lo que los constructores han buscado soluciones más sencillas y de menor coste de fabricación. Las más empleadas son las siguientes: (a) Con el eje de la polea de adherencia en voladizo. En este caso debe estar provisto el grupo tractor de un dispositivo que impida la salida de los cables. (b) Con el rotor del motor montado en el mismo eje del sinfín y el motor acoplado al cárter del reductor por medio de bridas. Con esta disposición se suprime el aco plamiento y la alineación de los ejes del motor y del sinfín, que siempre es deli cada y expuesta a desajustes.
72
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
(c) Con motor de eje vertical. (d) Con un motor especial, montado en posición horizontal o vertical, y cuyo estator está en el centro del motor y el rotor lo rodea exteriormente. El rotor está mon tado sobre el eje del sinfín y unido a él por una chaveta. El cilindro que rodea el rotor y lo protege sustituye o hace las veces de tambor del freno sobre el que actúan las zapatas. Los constructores de este tipo de grupos tractor le atribuyen ventajas de economía y sencillez de montaje. En la Tabla 2.4 se han representado las velocidades sincrónicas o teóricas en fun dón del número de polos. En la Tabla 25 se han representado las características de motores de corriente alterna de una velocidad, comerciales. Esta tabla se utilizará para selecdonar los motores de este tipo. ••i";,'. Tabla 2 .4 V e lo c id a d e s sjn c rc
'
/
íe<
w
5 Número de polos r.p.m.
2
4
6
8
12
16
18
24
3000
1500
1000
750
500
375
333
250
p a r £ j e * | i as. de m otores Potencia (k\V)
S i?
Potencia (C V ) . - ::r
-
•*
3
4.07
1500
'350
14
8
6.3
855
1500
350
28
16
8
10.86
1500
350
33
19
3.2
434
1500
350
155
9
4
5.43
1500
350
19
11
5
6.79
1500
350
225
13
32
434
1500
280
17.5
10
12 5
16.98
1500
280
205
12
22 Composición y funcionamiento
73
2.2.2.3.1.1.2 Grupos tractores con motores de dos velocidades El sistema es sencillo y actualmente más empleado que el de una velocidad, ya que por medio de la veloddad de nivelación se consigue un frenado con el mínimo error. El confort aumenta con respecto al ascensor de una veloddad. Este sistema se aplica a los ascensores de veloddades de régimen hasta de 1 m/s. Se suele implementar en ascensores de bajas cargas y montacargas de cargas eleva das. Para esto se equipan los grupos tractores con motores trifásicos de polos conmu tables, que fundonen a una velocidad rápida y a otra lenta según la conexión de los polos, obtenida automáticamente con un dispositivo que se introduce en el circuito de maniobra. Por lo demás, los motores son de ejecudón similar a los de una velocidad, y se construyen para una veloddad elevada de 1.500 r.p.m. y velocidades bajas de 250 r.p.m. (24 polos), 333 r.p.m. (18 polos) y 375 r.p.m. (16 polos). Las veloddades que figuran en el la Tabla 2.4 son las teóricas síncronas, pero como los motores son asincronos y su movimiento tiene un derto deslizamiento con respecto al teórico, las veloddades reales son menores. Por ejemplo, para los moto res que más se emplean, que son los de 4 y 18 polos, sus veloddades reales son 1.450 y 325 r.p.m., aproximadamente. Estos grupos tractores son de funcionamiento seguro, capaces de soportar tráfico intenso, por lo que su aplicación crece cada día paralelamente con la creciente insta lación de ascensores de velocidades por debajo a l m/s. En la Tabla 2.6 se han representado las características de motores de corriente alterna de dos veloddades comerciales. Esta Tabla se utilizará para seleccionar los motores de este tipo. 2.2.2.3.1.1.3 Grupos tractores con motores con variador de frecuencia [431 En un motor de un ascensor, es de gran utilidad disponer de acaonamientos capa ces de trabajar en un amplio rango de veloddades. Una de las más relevantes innovadones en el control de motores de ascensores durante los últimos años, consiste predsamente en incorporar un variador de frecuenda en el motor de corriente alterna. Se utilizan con reductor para veloddades hasta 2.5 m/s y cargas máximas de 2500 kg. La parada se realiza en este caso a nivel de piso, sin microniveladón con lo que se reduce el tiempo de marcha y aumenta la capaddad en lo que se refiere al tráfico. Se pueden obtener veloddades hasta de 5 m/s y cargas hasta 2000 kg, supri miendo el reductor. En este caso se regula totalmente la aceleración, deceleración y veloddad. La parada es directa a nivel de piso.
74
Capítulo 2
J a b í; 9 A r ^ r t * r í c t l r , Potencia
Potencia
n (1/min)
Ascensores y montacargas
';'V
1
m JMAi IMÑ (%) ,
vm U
m IMN
G ra n
Gran
velocidad
velocidad
220v
380v
■IMÑ '
Bajo
*
«S f . ■ B»j
velocidad 220v
velocidad
. ■cf .'«■*'<1 ni
380v
33
4.48
1500/375
350
17
10
17
10
4.4
5.98
1500/375
350
21
12
20
115
5.4
733
1500/375
350
24
14
23
135
6.7
9.10
1500/375
350
33
175
27
155
63
856
1500/333
350
28
16
29
17
8
10.87
1500/333
350
33
19
35
20
10
1358
1500/333
350
40
23
40
23
125
16.98
1500/333
350
50
29
47
27
16
21.74
1500/250
350
66
38
64
37
20
27.17
1500/250
350
81
47
78
45
25
33.97
1500/250
350
100
58
98
57
25
33.97
1500/250
250
102
59
98
57
5
6.79
1500/333
280
25
145
24
14
63
856
1500/333
280
31
18
29
17
8
10.87
1500/333
280
38
22
35
20
10
1358
1500/333
280
47
27
40
23
125
16.98
1500/333
280
57
33
47
27
Analizando el motor de inducción desde esta perspectiva, existen varias alterna tivas para modificar su velocidad. Una de ellas es la inserción de resistencias rotóri cas o la cascada hiposíncrona, que, como es sabido, requiere un motor de rotor bobinado cuyo coste es elevado y su mantenimiento costoso.
2.2 Composición y funcionamiento
75
Otra alternativa es la variación de la frecuencia de alimentación. Esta aplicación ha requerido en el pasado la utilización de convertidores de frecuencia rotativos. Sin embargo, la evolución de los semiconductores en los últimos años ha permitido desarrollar convertidores de frecuencia estáticos cada día más competitivos. Los sistemas compuestos por convertidor de frecuencia + motor de jaula permi ten el uso de un accionamiento de corriente alterna a velocidades variables con un motor robusto, seguro y de mínimo mantenimiento. Así, en el mercado de los accionamientos a velocidad variable se observa un incremento cada vez mayor de los accionamientos de corriente alterna, mientras que los de corriente continua, que han sido utilizados tradicionalmente para este tipo de aplicaciones, permanecen estancados o incluso están decreciendo. Según informaciones de fabricantes, el mayor volumen de negocio esta en el rango de 2 a 8 kW, en el que, actualmente, predomina el accionamiento de corriente alterna. Prindpios básicos
La mayoría de los convertidores de frecuencia trabajan según el principio básico indicado en la Figura 2.43: la tensión alterna de la red (a 50 Hz) alimenta a través de un rectificador, a un circuito intermedio de corriente continua. Un convertidor situado en el circuito de salida invierte esa tensión continua intermedia, Uz, y la convierte, mediante la conmutación adecuada de los transistores Vía V6 en un sis
76
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
tema de tensiones alternas trifásicas de frecuencia f y tensión U variables, es decir, opera como un rectificador invertido, al que se suele denominar inversor. El bloque de control realiza la regulación de tensión con respecto a la frecuencia, y asume las tareas de control, monitorización y protección, de forma que el sistema no pueda ser sobrecargado. Para frecuencias inferiores a la nominal la tensión de salida del convertidor varía proporrionalmente a la frecuencia (los convertidores actuales permiten también otros patrones de variación de la tensión con la frecuencia), lo que supone, como luego se verá, que en este rango de frecuencias el motor trabaja a flujo aproximada mente constante. A una determinada frecuencia, que suele ser la nominal del motor o muy próxima, la tensión de salida alcanza su valor máximo, que dependerá de Uz. A frecuencias superiores a la anterior, la tensión de salida permanece constante e igual a su valor máximo, por lo que el motor en este rango trabaja a flujo decre ciente. Evidentemente la tensión de salida del convertidor ya no será senoidal, por lo que, además del fundamental, incorpora armónicos de orden superior. Para ajustar la tensión de salida necesaria a una frecuencia dada se utilizan dis tintos procedimientos, los dos más comunes son: (a) Conversión de la tensión continua constante, Uz, del circuito intermedio en una tensión continua variable, Uz2, de un segundo circuito intermedio mediante un troceador (chopper). En este caso el ajuste de tensión se realiza en el chopper y el de frecuencia en el inversor. Este procedimiento se conoce como modulación de la amplitud del pulso (Pulse Amplitude Modulation, PAM). (b) Modulación de la anchura del pulso (Pulse Wide Modulation, PWM). Los ajustes de tensión y frecuencia se realizan en el inversor, que actuando sobre los tiempos de conducción y bloqueo de los transistores, consigue que el valor medio del tren de impulsos de tensión generado sea el adecuado. Por lo tanto la amplitud de la tensión continua que se trocea es siempre la misma, lo que se controla es la anchura del pulso. Este método conduce a mayores perdidas de conmutación que el anterior, pero permite reducir el contenido en armónicos de las ondas de comente, además de no necesitar el segundo circuito intermedio. Por esta razón, su uso se esta extendiendo rápidamente. En la Figura 2.44 se han representado, esquemáticamente, las ondas de tensión correspondientes a los sistemas (a) PAM, (b) PWM de impulsos iguales y (c) PWM de impulsos ponderados senoidalmente. En los apartados siguientes se determinará como evoluciona la característica mecánica del motor al ser alimentado desde el convertidor. No se considerarán aquí los efectos que producen los armónicos de orden superior al fundamental, que se comentarán posteriormente. Nos ocuparemos únicamente de la zona correspon-
77
2.2 Composición y funcionamiento
v a) PAM
wt
b) PWM (impulsos iguales)
u m
utr
wl
Figura 2.44 Ondas de tensión.
diente a bajos deslizamientos, es dedr, entre sincronismo y par máximo, ya que el punto de fundonamiento del motor deberá estar comprendido en ella. Como se ha visto anteriormente, la forma de construcdón del rotor no produce efectos apredables en estas condiciones, por lo tanto, las consideraciones que se deduzcan serán generales para todos los tipos de rotor. El par desarrollado por un motor asincrono depende de la intensidad rotórica, I2, y del flujo magnético en el entrehierro: M = k x I, x O
(23)
78
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Para que no se supere la inducción máxima admisible, el valor del flujo deberá mantenerse igual o menor al valor definido por Ujsj y f|sj. Es decir, admitiendo que la caída de tensión en la impedancia del estator es despreciable frente a la tensión apli cada: UN = E1N = 4.44N 1 ^1 fN
UM
= 4.44 N,^,4> = = cte
(2.4)
(2.5)
N
Luego podrá aumentarse la velocidad del motor, manteniéndose el flujo cons tante, siempre y cuando la tensión y la frecuencia varíen simultáneamente y en la misma proporción. Por lo tanto, el rango de operación entre frecuencia cero (nj = 0) y frecuencia nominal (nj = n ^ ) viene definido por la condición: U/f = cte
(2.6)
Si la corriente rotórica no varía ni en módulo ni en argumento, el par desarro llado por el motor tampoco lo hará. Por esta razón, la regulación a U/f = cte se denomina "regulación a par constante". Si una vez alcanzada la tensión nominal del motor, se quiere incrementar aún más la velocidad, deberá incrementarse la frecuencia sin modificar la tensión. En este caso el flujo en el entrehierro disminuirá en la misma proporción en que se aumente la frecuencia, y por lo tanto, a corriente rotórica constante, el par se reduce aproximadamente en la misma proporción en que se aumenta la frecuencia, pero la potencia desarrollada permanecerá sensiblemente constante. Este será el "rango de operación a potencia constante". 2.2.2.3.1.2 Motores de corriente continua con convertidor de alterna-continua Actualmente, aunque los motores eléctricos para ascensores tienden a ser del tipo corriente alterna por sus menores costes de mantenimiento, están también presentes en el mercado los de corriente continua. En este caso, la comente continua rectifi cada se regula mediante un dispositivo electrónico, como se estudiará a continua ción. En estos equipos (Figura 2.45), la regulación de la tensión de corriente continua rectificada se realiza por medio de un equipo formado por una dinamo taquimétrica, un programador, un comparador y un amplificador electrónico, que actúa sobre dos grupos rectificadores, en grupo de caiga positiva, en que M funciona como motor, y otro para carga negativa en que M, funciona como generatriz. También en este equipo el freno mecánico no interviene más que para mantener inmóvil el aparato elevador una vez detenido, o para parada de emergencia.
21 Composición y funcionamiento
79 R
Figura 2.45 Esquema de prindpio de un grupo tractor con motor de corriente continua alimentado por corriente rectificada y regulada por tiratrones. (M) Motor; (A) Polea motriz del ascensor; (D) Dinamo tacométrica; (P) Programador; (O Comparador: (E) Amplificador electrónico; (R) Grupo rectificador.
La Norma EN 81-1 recomienda que los motores de corriente alterna o continua alimentados y controlados por elementos estáticos, deben accionarse y pararse empleando uno de los dos procedimientos siguientes: (a) Dos contactores independientes que corten la llegada de energía al motor. La ins talación debe disponer de un circuito de redundancia entre ambos contactores, que impida un nuevo arranque, en el caso de que durante una parada del ascen sor, no hubiera abierto uno de los contactores sus contactos principales. (b) Un sistema que comprenda: 1.
Un contactor que corte la corriente eléctrica en todos los polos. La bobina del contactor debe ser desconectada, al menos antes de cada cambio de sentido de viaje. Si el contactor no cae, debe disponer la maniobra de manera que haga imposible un nuevo arranque, por lo menos hasta el próximo cambio de sentido de viaje.
2 Un dispositivo de control que bloquee el flujo de energía en los elementos estáticos. 3 Un dispositivo de control para la comprobación de bloqueo del flujo de ener gía eléctrica, durante la parada del ascensor. Si durante una parada anormal, el bloqueo de los elementos estáticos previstos en 2 no es efectivo, el dispositivo de vigilancia previsto en 3 debe hacer caer el con tactor e impedir un nuevo arranque del ascensor.
80
Capitulo 2
Ascensores y montacargas
2.2.2.3.1.3 Otros sistemas Grupos tractores con dos motores
No se utilizan apenas, aunque se han implantado con anterioridad en montacargas. La gráfica de marcha de estos grupos es parecida a la de los grupos con motores de dos velocidades. La diferencia está en que el frenado previo que reduce la veloci dad no es eléctrico a cargo de los motores sino que se realiza mecánicamente, debiendo estar regulado cuidadosamente el conjunto para que se embrague y entre en funcionamiento el motor auxiliar de nivelación cuando el ascensor lleve la velo cidad adecuada. Finalmente, después de un breve recorrido a marcha lenta, se pro duce el frenado final y el ascensor se detiene. La maniobra del motor auxiliar la realiza automáticamente un dispositivo insta lado en la cabina, que actúa en el instante exacto para obtener no sólo la nivelación en el momento de la parada, sino incluso la corrección del nivel durante la descarga, ya que en los elevadores industriales o montacargas de gran capacidad de carga, según sea ésta, se alargan más o menos los cables de suspensión y por tanto el enrase de la cabina con el suelo del piso. Sistemas Ward-Leonard
Están ya desfasados. Las tres máquinas que forman el convertidor, motor asincrono, generador y excitatriz, están montadas en el mismo eje formando una sola máquina. La variación de tensión de la corriente continua producida por el generador del convertidor, se realiza variando la corriente de excitación que llega a la excitatriz, por medio del reostato. En la Figura 2.46 que representa el gráfico de marcha de un grupo tractor con regulador Ward Leonard, se ha dibujado con línea de puntos el periodo de marcha lenta de nivelación de la curva de un aparato elevador con un grupo tractor con motor de dos velocidades. El grupo funciona de la manera siguiente: cuando un pasajero pulsa el botón de alguna maniobra, el contador-inversor cierra el circuito correspondiente al sentido de marcha deseado, y simultáneamente se mueve el servomotor que acciona el reostato, con lo que el generador produce corriente de tensión creciente, que recibe el motor de corriente continua, aumentando su velocidad hasta la de régimen (punto A de la Figura 2.46). Poco antes de llegar al piso ordenado (punto B) se produce la maniobra en sentido contrario: aumenta la resistencia del reostato, disminuye la tensión producida por el generador y disminuye también la veloddad del motor hasta su paro total, en cuyo momento actúa el freno mecánico y el ascensor queda bloqueado al nivel exacto (punto C). La Norma EN 81-1 recomienda que en los grupos Ward-Leonard con la exdtación del generador alimentada por elementos clásicos, debe acdonarse y pararse el
2.2 Composición y funcionam iento
81
Veloc¡
Figura 2.46 Gráfico velocidad en función del tiempo de un grupo
tractor de corriente continua alimentado con tensión variable suministrada por un convertidor Ward Leonard.
grupo por medio de los contactores independientes que pueden estar intercalados en: (a) En el bucle motor-generador. (b) O bien, en el circuito de la excitación del generador. (c) O bien, un contactor en el bucle y otro en la excitación. La instalación debe disponer de un circuito de redundancia entre ambos con tac tores, para que en el caso de que durante la parada del ascensor no hubiera abierto uno de los contactores sus contactos principales, impida un nuevo arranque por lo menos hasta el próximo cambio del sentido de viaje. En los casos b) y c) deben ser tomadas precauciones especiales para evitar el giro del motor en el caso de que exista un campo remanente del generador. Grupos tractores con motores de corriente continua y tracción directa
El equipo de tracción con motor de comente continua y regulación por el sistema Ward Leonard, se utiliza para la tracción con reductor, hasta velocidades de 2 m/s y con tracción directa para veloddades superiores. La tracdón directa tiene la ventaja de su sendllez y su elevado rendimiento mecánico, superior al 40% sobre la tracdón con redudor.
82
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Potencia necesaria de los motores La potencia necesaria para el funcionamiento de los ascensores depende de los siguientes factores: • Carga no equilibrada por el contrapeso. • Velocidad de régimen. • Resistencias pasivas que se oponen a su movimiento, como el rozamiento sobre las guías de la cabina y contrapeso, resistencia opuesta por la rigidez de los cables, rozamiento en los ejes de las poleas, resistencias en el movimiento del grupo tractor, etc. Todo esto se refiere al funcionamiento a velocidad de régimen, pero además hay que tener en cuenta la potencia necesaria para el arranque y la aceleración hasta alcanzar la velocidad de régimen. Existe una larga lista de referencias donde se puede obtener mayor información sobre este apartado: [6 ] y [43] a [51]. Cálculo de la potencia del motor La potencia teórica del motor obedece la siguiente expresión:
siendo
v
la velocidad enm/s
Q la carga no equilibrada T) el rendimiento global que varia de 0.45 a 0.60
Ejercicio 2.1 Enunciado Calcular las potencias de los ascensores siguientes y seleccionar los motores sabiendo que son de dos velocidades. (a) ascensor de pequeña capacidad (4 personas) (cabina de 400 kg) (b) ascensor de mediana capacidad ( 6 personas) (cabina de 600 kg) (c) ascensor de gran capacidad (8 - 1 0 personas) (cabina de 1 0 0 0 kg) El rendimiento global es del 40% y la velocidad nominal es de 1.2 m/s. La insta lación es de 220 V.
22 Composición y funcionamiento
83
Solución En primer lugar determinamos la carga no equilibrada de cada uno de ellos utilizando las fórmulas siguientes: Q r = Qb + Qu
Q c=Q u/2 + Qb Q = QrQc
donde: Q = carga no equilibrada (daN) Qt = peso tcivl de la cabina más la carga (daN) Qb = peso de la cabina (daN) Qc = peso del contrapeso (daN) Qu = carga útil (daN) = n’ de personas x peso por persona (daN) Entonces tendremos: (a) Qu = 4 x 75 = 300 kg (b)Qu = 6 x 7 5 = 450 kg (c) Qu = 1 0 x 75 = 750 kg El peso de los contrapesos para cada caso será: (a) Qc = Qu/2 + Qb = 300/2 + 400 = 550 kg (bJQc = Q J 2 + Qb = 450/2 + 600 = 825 kg (c) Qc = Qu/2 + Qb = 750/2 + 1 0 0 0 = 1375 kg La carga total de la cabina en cada caso: (a) Qr = Qb + Qu = 400 + 300 = 700 kg (b)Qr = Qb + Qu = 600 + 450 = 1050 kg (c) Qr = Qb + Qu = 1000 + 750 = 1750 kg Por lo tanto la carga no equilibrada para cada caso será: (a) Q = Qr - Q,. = 700 - 550 = 150 kg (b)Q = Q r -Q c = 1050 - 825 = 225 kg (c)Q = Qr - Q c = 1750-1375 = 375 kg Para el cálculo de la potencia se utilizará la fórmula:
donde: v = velocidad de régimen en m/s T) = rendimiento del conjunto P = potencia en CV.
84
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Por lo tanto la potencia nominal necesaria para cada uno de ellos es: (a) P = 150 x 1.2/75 x 0.4 = siguiente motor
6
CV. De acuerdo con la Tabla 2.6 seleccionamos el
P = 733CV (5.4 kW) n = 1500/375(1 /min) IMA/1MN = 350 IMN (alta velocidad) = 24 A IMN (baja velocidad) = 23 A (b) P = 225 x 1.2/75 x 0.4 = 9 CV. En este caso, el motor seleccionado es: P = 9.10CV (6.7 kW) n = 1500/375 (1 /min) IMA/1MN =350 IMN (alta velocidad) = 33 A IMN (baja velocidad) = 27 A (c) P = 375 x 1.2/75 x 0.4 = 15 CV. En este caso, el motor seleccionado es: P = 16.98CV (12.5 kW) n = 1500/333 (1 /min) IMA/IMN =350 IMN (alta velocidad) = 50 A IMN (baja velocidad) = 47 A
2.2.2.3.2
Freno
i 2.2.2.3.2.1 Freno mecánico El sistema de frenado del ascensor debe ponerse en funcionamiento automática mente en caso de una pérdida de energía eléctrica en los circuitos de control. Este sistema se lleva a cabo mediante un freno de fricción electromecánico. De acuerdo con la norma EN 81-1, el par de frenada debe ser capaz de frenar de forma segura el ascensor con una carga equivalente al 125% de la carga nominal y de bloquearlo después de la parada. En el mismo eje del sinfín del reductor va generalmente montado el tambor del freno, que muchas veces actúa también como mangón de acoplamiento con el motor. En cualquier caso el tambor sobre el que actúa el freno, debe estar acoplado por un enlace mecánico a la polea o al piñón, o al tambor de arrollamiento, que haga la tracción. Sobre el tambor del freno actúan dos zapatas empujadas fuertemente por sendos resortes, cuya tensión es regulable, para disminuir o aumentar la tensión de los muelles. Las zapatas son separadas del tambor, cuando se pone en tensión el elec troimán que las acciona. Por tanto en posición de reposo, o sea cuando no hay ten-
2.2 Composición y funcionamiento
85
Figura 2.47 Freno electromagnético de un ascensor.
sión, el grupo tractor está frenado. De esta manera cualquier fallo en el suministro de energía eléctrica produce la parada inmediata del ascensor. La Norma EN 81 recomienda que el corte de la corriente eléctrica que produce la apertura del freno, debe ser efectuada al menos por dos dispositivos eléctricos inde pendientes comunes o no con los que realizan el corte de corriente que alimenta el motor del grupo tractor. Cuando el motor del ascensor, sea susceptible de funcionar como generador, como ocurre en algunas instalaciones equipadas con motores de corriente continua, el electroimán y el motor del freno no deberán ser alimentados por el motor. Cálculo del par de frenada
De acuerdo con la norma EN 81, el par de frenada debe ser capaz de frenar de forma segura el ascensor con una carga equivalente al 125% de la carga nominal y de blo quearlo después de la parada. El par se compone de dos partes: la componente está tica necesaria para bloquear al sistema después de la detención, y la componente dinámica para absorber la energía cinética de todas las partes móviles del sistema.
86
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 1 4 6 Diagrama para el cálculo del
par de frenada.
El par de frenada debe ser calculado en el caso más desfavorable que resulta cuando el ascensor se encuentra en el piso más inferior. El diagrama para realizar el cálculo es el siguiente: Sea la Carga de pasaje: Peso de la cabina: Qb- Peso del contrapeso: Qc, Altura máxima: H, Velocidad: v, r.p.m del motor: n, Momento de inercia del motor: 1,^ Diá metro de la polea de arrastre: Dp Dado que el freno electromagnético se aplica a velocidad prácticamente nula, el par de frenada mecánico bajo condiciones normales de operación será aproximada mente igual al par estático. De todas formas, en el caso de un corte de energía eléc trica cuando la cabina alcanza el piso más inferior con la carga equivalente al 125% de la carga nominal, el freno deberá ser capaz de detener la cabina de forma fiable y de conseguir que la cabina alcance la cota del piso más inferior de forma suave. Por lo tanto, ambos pares, el estático y el dinámico, deben tomarse en consideración. El par estático toma la siguiente expresión: M ^ = (125QU+ Qb - Qc) X gn X I>r X ns/(2 X »g ) (Nm) donde gn: aceleración de la gravedad
(2.8)
22 Composición y funcionamiento
T]s:
87
es la eficiencia mecánica del sistema y toma la siguiente expresión (2.9), donde r|p es la eficiencia del sistema de poleas y r]m es la eficiencia entre el motor y la (2-9)
(2.10) con
2 11)
I = l1+I2 + l3
( .
siendo I¡: momento de inerda del rotor, tambor de freno y tomillo sinfín I2: momento de inerda la rueda del tomillo sinfín y polea I3 : momento de inercia de todas las partes del sistema que se mueven linealmente Deceleración angular El tiempo de frenada tf puede calcularse en base a la relación de deceleración. Esta reladón debe espedficarse en fundón de la distanda de frenada bajo condiciones de operadón, si no, la cabina sobrepasará el nivel de la planta en caso de corte de fluido eléctrico. En la Figura 2.49 se representa la gráfica veloddad/tiempo cuando se aplica un freno eléctrico ( 1 ) y cuando se aplica un freno mecánico (2 ).
V = l .6 m/s
15 - -
1
2
--
0.5 - -
{ 0
2
s
Figura 2.49 Diagrama para determinar la relación de deceleración.
88
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
El par de frenada total requerido es: Mf =M est + Mdin
(2.12)
Eficiencia de frenado El sistema de frenado debe ser capaz de parar en descenso la cabina con su carga nominal aumentada en un 25% y en subida, en varío. Deceleración admisible en el frenado
La Norma EN 81 recomienda que el frenado no debe producir una deceleración superior a la resultante de la actuación del paracaídas, o del impacto sobre los amortiguadores. 2.2.2.3.2.2 Freno eléctrico El freno de corrientes parásitas de Foucault sin anillos ni colector forma un solo blo que con el motor. Consta también de un programador con los valores nominales de frenado, y una dinamo tacométrica colocada en el eje del grupo tractor, que sumi nistra una tensión proporcional a la velocidad de éste. De esta forma, esta tensión es transmitida a un comparador-amplificador que produce una tensión resultante, que una vez amplificada, se aplica al electrodo de mando o puerta de los tiristores. Estos tiristores producen la corriente continua, que actuando sobre el freno de Foucault, va produciendo el frenado justo para la parada suave y a nivel. Al iniciarse el frenado, se habrá desconectado el motor de la red. El freno mecá nico sólo actúa para inmovilizar el ascensor una vez que se ha detenido totalmente la cabina. 2.2.2.3.2.3 Accionamiento de emergencia En el extremo libre del motor llevan los grupos tractores o pueden acoplarse, un volante sin manivela ni agujeros para accionar a mano el ascensor, separando pre viamente las zapatas por medio de una palanca adecuada. Así, en caso de averia o corte del suministro de corriente eléctrica, puede ponerse el suelo de la cabina, a nivel del piso más próximo para facilitar la salida de los viajeros. Antes de realizar un accionamiento de emergencia debe desconectarse el interruptor principal para aislar el motor de la red. El desbloqueo del freno debe exigir el esfuerzo permanente de la persona que lo efectúa. En el volante debe marcarse con flechas el sentido del giro para subir o bajar el ascensor.
2.2 Composición y funcionamiento
89
La Norma EN 81 añade tres recomendaciones más: • El esfuerzo para el accionamiento a mano del ascensor no debe ser superior a 400 N. Y si lo es, debe equiparse con una maniobra eléctrica de socorro. • Si el volante es desmontable debe encontrante en lugar accesible y destinado a este efecto, en el cuarto de máquinas. Si hay más de una máquina, debe estar marcado cada volante para evitar confusiones. • Debe ser posible controlar desde el cuarto de máquinas, si la cabina se encuentra a nivel de un piso. Este control puede realizarse por medio de mar cas sobre los cables de suspensión o sobre el cable del limitador de velocidad. Las referencias [10], [52] a [55] presentan también desarrollos de gran interés en el área de frenada de ascensores.
Ejercicio 2.2 Enunciado Determinar el par de frenada de un freno electromagnético de un ascensor de pasajeros con los siguientes parámetros: Carga de pasaje: Qu = 630 kg Peso de la cabina Q , = 737 kg Peso del contrapeso: Qc = 1020 kg Altura máxima: H = 33.6 m Velocidad: v = 1.6 m/s Factor de cable i = 1 r.p.m del motor n = 1500 r.p.m. Momento de inercia del motor Im= 0.205 kg m2 Diámetro de la polea de tracdón Dj- = 610 mm Solución Dado que el freno electromagnético se aplica a velocidad prácticamente nula, el par de frenada mecánico bajo condiciones normales de operación será aproximadamente igual al par estático. De todas formas, en el caso de un corte de energía eléctrica cuando la cabina alcanza el piso más inferior con la carga equiva lente al 125% de la carga nominal, el freno deberá ser capaz de detener la cabina de forma fiable y de conseguir que la cabina alcance la cota del piso más inferior de forma suave. Por lo tanto, ambos pares el estático y el dinámico deben tomarse en consideradón. El par estático toma la siguiente expresión: Mest = (1.25Qu + Qb- Q c) x g nx DT XTis/(2xiG) (N m)
90
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
donde ig = n/nv con nv = (60 x v)/(n x D¡-) = (60 x 1.6)/(ic x 0.610) = 50.09 r.p.m. iG = 1500/50.09 = 29.943 La eficiencia mecánica dd sistema son valores estimados:
toma la siguiente expresión, donde tip y T|,„
Tls = *lp x ilm = 0
96
x 0-85 = 0.816
Así, =(1-25 x 630 + 737 -1020) x 9.81 x 0.61 x 0.816/(2 x 29.943) = 41.13 N m El momento dinámico toma la siguiente expresión: M jin = I x e (N m) con I = Ij + 12 + I3 siendo Ij: momento de inerda del rotor, tambor de freno y tomillo sinfín I2: momento de inerda la rueda del tomillo sinfín y polea I3 : momento de inerda de todas las partes del sistema que se mueve linealmente Con Ij = Im+ If, de forma que estimando lf = 0.2 kg * m2, I, = 0.205 + 0.2 = 0.405 kg-m 2 Dado que 12 es relativamente pequeño (hasta 0.3 x Ij), consideramos I2 = 0.21) y finalmente I3 = 0.25 Qu + Qt + Qc) x Dt2 x V W ¡G2) I3 = (1.25 x 620 + 737 + 1020) x 0.612 x 0.816/(4 x 29.9432) = 0.2154 kg •m2 Por lo tanto, I = 0.405 + 1.2 + 0.2154 = 0.7014 kg ■m2
Deceleración angular El tiempo de frenada tf puede calcularse en base a la relación de deceleradón. Esta reladón debe espedficarse en fundón de la distanda de frenada bajo condidones de operadón, si no, la cabina sobrepasará el nivel de la planta en caso de corte de fluido eléctrico. En la Figura 2.49 se representa la gráfica velocidad/tiempo cuando se aplica un freno elédrico (1 ) y cuando se aplica un freno mecánico (2 ).
91
2.2 Composición y funcionamiento
Suponiendo que a = 0.75 m/s2, tf = v/a = 16/0.75 = 2.133 s e = ti
x n/(30 x t {) = wx 1500/(30 x 2.133) = 73.642 rad/s2
y por lo tanto, Mdin = e x I = 0.7014 x 73.642 = 51.65 N m El par de frenada total requerido es: Mf =
+ Mdin = 4 1 Í3 + 51.65 = 92.78 N m
Se ha introducido una imprecisión, cuando se ha considerado 1500 r.p.m. como la velocidad del motor en el instante inicial de la frenada. Como el motor trabaja como generador antes de la aplicación del freno, su velocidad sena superior al valor sín crono, pero este aspecto no es de importancia en el cálculo del freno. El par de frenada real debería ser tan próximo al valor calculado como fuera posible. Suponiendo que el par de frenada real es 95 N m tendríamos: Mf = Mdin —M ^ 95 = 0.7014 x rcx 1500/(30 x tf) - 41.13 De aquí se despeja tf: t( - 0.8093 s y por lo tanto la deceleración: a = v/tf = 1.6/0.8093 = 1.977 m/s2. Aunque esta aceleración es un poco elevada, se puede afirmar que el freno detendrá la cabina en caso del corte de fluido eléctrico. 2 .2 .2 .3 .3
Reductor
En primer lugar, hay que indicar que existen ascensores, aunque en muy baja pro porción, que no introducen ningún tipo de reductor sobre el grupo tractor, son los denominados "gearless". La mayoría sí que implementan en la cadena cinemática un reductor entre el freno y la polea tractora. En la actualidad, prácticamente todos los reductores son del tipo sinfín-corona. Ahora bien, la eficiencia de una maquinaria convencional es del orden del 60%. Es decir, el 40% de la potencia generada por el motor se malgasta. Con objeto de disminuir las pérdidas, se está estudiando la implantación de engranajes planetarios estimándose que se podría llegar a un rendimiento del 90%.
92
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.50 Transmisión típica de un ascensor
El ascensor sin reductor (gearless) se utiliza para velocidades superiores a 2 m/s, mientras que para veloddades inferiores a ésta es necesaria la implantación de un reductor. El reductor está formado por un sinfín de acero engranado con una corona de bronce (Figura 2.50), montados en una carcasa o cárter de fundición que muchas veces forma un conjunto con las guías sobre las que se asienta el motor: La norma EN 81-1, recomienda proteger las polcas y piñones (si se utilizan cade nas) de tracción para prevenir la caída de cuerpos extraños entre los cables y las gar gantas de las poleas o entre las cadenas y los dientes de los piñones cuando la máquina está en la parte inferior del recinto. En la actualidad, la gran mayoría de elevadores incorpora el tipo de transmisión de corona y tornillo sinfín. Su justificación está motivada por las siguientes ventajas: (a) Es una transmisión muy compacta y es Ja que ocupa menores dimensiones en comparación con otros tipos de transmisiones para una potencia y un índice de transmisión dados. (b) Es el tipo de transmisión que presenta el menor número de piezas móviles mini mizándose por lo tanto los gastos de mantenimiento y de recambio de piezas. (c) Es una transmisión muy silenciosa, siendo mínimo el nivel de ruido. (d) Tiene una inherente alta resistencia al impacto, algo de suma importancia en el caso de un elevador.
2 2 Composición y funcionamiento
93
La pieza denominada tornillo sinfín se fabrica mediante un acero aleado de alta resistencia especialmente adaptado para ser endurecido superficialmente. El material suele ser acero al Níquel y Cromo aunque algunas empresas implantan un 0.4 - 0.55% de carbono para elevadores de cargas bajas. La periferia de la corona está compuesta por una aleación de bronce al Fósforo, Cobre o Níquel con una composición de bajo coeficiente de rozamiento. El eje del tomillo sinfín está biapoyado. Normalmente este eje está dispuesto en la parte inferior de la corona. Sólo en algunos casos de cargas medias o bajas está dispuesto en la parte superior. Las ventajas para su ubicación en la parte inferior son: (a) El cerramiento de la carcasa se hace más simple. (b) El control de la transmisión también se lleva a cabo de forma más ventajosa (c) La lubricación también se realiza de modo más favorable (d) Finalmente en operaciones de frenada la velocidad puede no ser suficientemente elevada como para lubricar un tornillo sinfín dispuesto en la parte superior. El ángulo de presión del tomillo sinfín suele ser de 15 a 20 grados. Si se aumenta a partir de este valor los dientes están sometidos a elevadas cargas de compresión y se requiere la utilización de lubricantes para altas presiones. Este tipo de engranaje se utiliza para conectar ejes que no son ni concurrentes ni paralelos y se compone de un piñón y una corona. En este tipo de engranajes los dientes tienen punto de contacto y la relación de velocidades no está necesaria-
Figura 251 Transmisión sinfín-corona.
94
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
mente en relación inversa a los diámetros. La acción de esta clase de accionamiento es similar a la acción de un tomillo y una tuerca y está clasificada dentro del grupo de los engranajes helicoidales. Como definición se podría establecer que un engranaje de tomillo sinfín y su correspondiente corona son un par de engranajes helicoidales en donde uno de ellos llamado sinfín o gusano (worm), posee un ángulo de hélice tal que al menos uno de sus dientes da una vuelta completa alrededor del cilindro de paso o primi tivo, formando de esta manera un "filete de tomillo". El ángulo que forman los ejes de tomillo y corona puede ser cualquiera pero generalmente es de 90’.
Figura 2 53 Piñón y corona en un engranaje helicoidal.
95
22 Composición y funcionamiento
I
Figura 254 Raso en corona y sinfín para
ejes perpendiculares.
El paso axial o lineal es el paso del tornillo sinfín y es la distancia medida parale lamente al eje entre puntos correspondientes en filetes adyacentes. El paso circular es el paso de la corona dentada y en el caso de que los ejes estén a 90° es idéntico al paso lineal. Se define el avance como la distancia axial atravesada por un filete en una vuelta, siendo el ángulo de avance (ángulo de hélice del sinfín), el ángulo entre la tangente a la hélice de paso y un plano normal al eje de rotación del sinfín. Dicho ángulo es el complemento del ángulo de hélice de la corona si los ejes están a 90*. La corona puede tener dos tipos de dientes: • dientes de cara recta, siendo cilindrico el exterior de la corona, y • dientes de cara cóncava, siguiendo el exterior de la rueda la curva del sinfín La primera forma de dientes es un engranaje helicoidal simple que da un punto de contacto, mientras que la segunda forma da una línea de contacto, siendo ésta más robusta y la aceptada por la norma. La relación de velocidades angulares entre el sinfín y la corona varía de 100:1 a 10:1, aunque se han utilizado relaciones de hasta 500:1. El filete del sinfín puede ser simple o doble. En el caso de ser simple (un sólo filete helicoidal que da una o más vueltas completas), se considera como un engra naje helicoidal de un solo diente y la relación de velocidades angulares será: velocidad angular corona _ __________ 1__________ velocidad angular sinfín número de dientes corona
96
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Diámetro de paso Diámetro de raíz -,
Cilindro tle |»so Hélice
Angulo de la hélice Angulo de avance X
Figura 2.55
Definición de variables.
En caso de ser doble (dos filetes helicoidales paralelos de igual avance que dan una o más vueltas completas), se considera como un engranaje helicoidal de dos dientes y la relación de velocidades angulares para dos o más números de filetes será: velocidad angular corona _ número de filetes separados con el sinfín velocidad angular sinfín número de dientes corona En la Figura 2.55 se describen los nombres que se dan a las partes de los meca nismos de tomillo sinfín. Generalmente, el ángulo de la hélice del tornillo suele ser mucho mayor que el de la rueda, es por ello por lo que se suele especificar como 8 al ángulo de avance del tomillo, el cual coincidirá con el ángulo de hélice para el engranaje cuando el ángulo entre ejes forma 90*. Como se puede ver en la figura el ángulo de avance del tomillo es el complemento de su ángulo de hélice. El paso axial o lineal (px) del tomillo y el paso transversal o circular (pt) del engrane son iguales en el caso de que el ángulo entre ejes sea de 90*. El ángulo de hélice y relaciona el paso axial (px) con el transversal (pt) mediante la siguiente relación:
2.2 Composición y funcionamiento
97
Para calcular el diámetro de paso del engrane se aplica la misma fórmula que para engranajes rectos:
<¡r = n r
a ,4 )
donde dr es el diámetro de paso de la rueda, Zr el número de dientes de ésta y ptes el paso tangencial. El tomillo sin fin puede tener un diámetro de paso cualquiera ya que es indepen diente del número de dientes. De manera que para obtener la capacidad óptima de potencia del mecanismo usualmente se elige un diámetro de paso que suele estar entre los valores de la expresión siguiente, donde C es la distancia entre centros. C0.875
(-0-875
T < r sdp *"T 7 “
*2*15*
la distancia entre centros se define como: d +d c = - jy - '
(2 . 1 6 )
El ángulo de avance A, está relacionado con el avance del tomillo con las siguientes expresiones: L = px Zp
(2.17)
tg x = - i ndP
(2.18)
donde: zp = número de dientes del tomillo L = avance del tomillo dp = diámetro primitivo del tomillo X = ángulo de avance El ángulo de presión depende de éste ángulo y debe ser suficiente para evitar el rebaje por corte de los dientes del engrane en el lado que termina el contacto. La eficiencia de esta transmisión se puede expresar mediante la ecuación siguiente (no se incluyen perdidas por rozamiento):
98
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
donde X es el ángulo de avance, ¿i es el coeficiente de rozamiento, a,, es el ángulo de presión normal, y tg
(2.21 )
*g «n
tg <*t
Cuando la transmisión funciona en sentido inverso, la eficiencia toma la siguiente expresión: , " C
tg(X-G) tgj .
(2.22)
El coeficiente de rozamiento depende de una serie de variables como el tipo de material, la superficie de acabado, la velocidad, el tipo de lubricante, carga sobre el diente, precisión y tolerancia de montaje. Normalmente se utilizan valores experi mentales del coeficiente de rozamiento, incluyendo en este valor las pérdidas en la transmisión y en los ejes de tomillo sin fin y corona, ya que son relativamente bajas y difíciles de separar. Los experimentos realizados han demostrado que el coeficiente de fricción depende de la velocidad relativa o de deslizamiento Vs. En la Figura 2.56 se puede ver un esquema de la obtención de ésta velocidad, que vectorialmente satisface: ->
-)
->
Vp = Vr + Vs
Figura 256 Componentes de la velocidad en
un engranaje sinfín.
22 Composición y funcionamiento
99
Vs se determina por medio de la siguiente fórmula: (2.23)
v» = donde: Vs = velocidad de deslizamiento. Vp = velocidad en la línea de paso del sinfín. Vr = velocidad en la línea de paso de la rueda de engrane. X = ángulo de avance La velocidad del sinfín en la línea de paso será: V
P
(2.24)
60
La velocidad de la rueda en la línea de paso será: Ttdf n r
(2.25)
vr = 60
Ve (m/s)
Figura 257 Diagrama que representa e/ coeficiente de rozamiento en función
de la velocidad relativa o de deslizamiento.
Capítulo 2
100
Ascensores y montacargas
En la Figura 2.57 se representa el coeficiente de rozamiento en función de la velo cidad relativa o de deslizamiento, Vy para un ángulo de presión de 2 0 grados, corona con aleación de bronce al fósforo y tornillo de acero pulido y endurecido superficialmente. La carga transmitida (Ft) es realmente la componente útil y corresponde a la componente tangencial puesto que la componente radial (Fr) no es efectiva. Como se sabe el momento de rotación aplicado (Mp) y la carga transmitida, están relacio nados por: Mp =
(2.26)
dp = diámetro del tornillo sinfín
Siendo la velocidad lineal de paso Vp = —
(2.27)
(2. 28)
La potencia en kW se calcula como: PxlO 3 = F,x V => P = 1 P
F* n d -n . 2ic M_n_ M_n * . P- P = — r-E-E = -^ f(k V V ) 103 ■60 103 60 9550 '
(2.29)
donde: F, = carga transmitida (N) dp = diámetro de paso del piñón (sinfín) (m) np = velocidad del sinfín (r.p.m.) Cálculo térmico de un reductor El calor disipado por un reductor para una temperatura máxima dada (K) debe ser mayor o igual que la pérdida de potencia Pv: K>PV
(230)
La pérdida de potencia puede calcularse a partir de la siguiente ecuación para una reducción directa:
^o =
Pl-Pv
P2
Pl
P2 + Pv
(2.31)
o bien, para una inversa: P, n'o = Pl + Pv
P2 - P v P2
(2.32)
2.2 Composición y funcionamiento
101
donde rjQes la eficiencia total del reductor considerando el rozamiento y pérdidas térmicas. T)'0 es la eficiencia para una transmisión inversa. El índice 1 se refiere al eje velocidad alta y el 2 se refiere al de baja. El calor disipado en el reductor en una transferencia estacionaria de calor toma la siguiente expresión: K = A0xSxk
(233)
donde A0 es el incremento de temperatura (diferencia entre la temperatura máxima admisible de la superficie exterior de la transmisión y la temperatura ambiente), S es la superficie exterior y k es el coeficiente de transferencia de calor. El incremento de temperatura se define como sigue: 0 —8 A8 = -------- -— 7 = = - 1 . 5 1.03 + 0.01 J ñ l ñ p
(°K)
(2.34)
donde 0Les la temperatura máxima admisible del aceite en la transmisión (*C), 0aes la temperatura ambiente (*C) y np son las r.p.m. del tomillo sinfín. La superficie exterior S puede calcularse mediante la siguiente expresión: S = 9 x 10-5 x C1-85 (m2)
(235)
para transmisiones bien diseñadas desde el punto de vista térmico, o S = 9 x l 0 ~ 5x C u (m2)
(2.36)
para transmisiones de diseño estándar donde C es la distancia entre centros de la transmisión. El coeficiente de transferencia de calor toma la siguiente expresión: k = 6.6 x 10"3[ l + °-4Q ¡ ) 075]
(2-37)
para transmisiones trabajando a ritmo bajo y con un ventilador montado en el eje del tomillo sinfín, o k = 6.6 x 10'3[l + 0 . 2 3 ^ j ° 75]
(238)
para transmisiones trabajando a ritmo bajo sin ventilador. Las dimensiones del coeficiente k son: k] x m-2 x “C-1 x s~\ Para transmisiones trabajando a un ritmo elevado, el coeficiente k es un 20% inferior. El tomillo sinfín debe sumergirse en aceite en un 30% de su diámetro en este caso.
102
Capitulo 2
Ascensores y montacargas
En caso de que la carga o la velocidad sean variables, el parámetro equivalente Pe es decisivo para el cálculo de la transmisión. Esta dado por la siguiente fórmula: pe ~
P, x t, + P , x t , + ... — t, frT +T t2T+— ... -----
W »
donde P| es la variable de la transmisión actuando durante un tiempo t, P2 es la variable de la transmisión actuando durante un tiempo t2, etc. Las fuerzas tangencial, radial y axial vienen dadas por las siguientes fórmulas: Fuerza tangencial:
2M F{ = -j-*-
(2.40)
Fuerza radial:
Ft x tg a x cos<|> Fr = ----------r— —— r sen(X+)
(2.41)
Fuerza axial:
F. F = — -r— — * tg (X + <»
(2.42)
donde Mp es el momento en el eje del sinfín, dp es el diámetro del eje del sinfín, es el ángulo de presión normal, X es el ángulo de avance del sinfín y es el ángulo de fricción. Mp toma la siguiente expresión: Mp = Mmxt |£ = 9550— x nm
(Nm)
(2.43)
donde P es la potencia a la salida del motor (kW), nmson las revoluciones del motor (1/min) y % la eficiencia de los rodamientos. Mp o par en el eje de la corona toma la siguiente expresión: Mr = Mp x ‘C x
(Nm>
(2 44)
donde iG es la relación de la transmisión y rj^ es el rendimiento de la transmisión. My o momento en la polea de tracción viene dado por: MT = Mr x n£ X np =
T -T
X Dt (Nm)
(2.45)
donde Tj y T2 son las tracciones del cable a ambos lados de la polea (N), Dp es el diámetro principal de la polea de tracción y npes el rendimiento de la polea. Si cambia el sentido de la rotación, cambiarán también el sentido de las fuerzas tangenciales y axiales, cambiando las reacciones en los apoyos. En el caso de que el eje del sinfín sea el tractor, no sólo cambiará el rendimiento en su eje sino también
2.2 Composición y funcionamiento
103
las expresiones de Fx y Fr variarán siendo sus denominadores tg (X. - 0) y son (X - $) respectivamente. Debe realizarse un análisis mecánico completo para evaluar la carga más desfavorable en cada componente del sistema. Las referencias (10) y [561 a [58] presentan desarrollos de reductores para ascen sores.
Ejercicio 2.3 Enunciado Un ascensor de 700 kg de peso de la cabina y una carga útil de 630 kg, cuya polea de tracción posee un diámetro de 610 mm, está accionado por un motor que gira a 1500 r.p.m. Se dispone de un sistema de engrane de tomillo sinfín y corona de 40 mm de diámetro primitivos de tomillo. El número de dientes del tomi llo sinfín es de 2 y el de la corona es de 42. La eficiencia de la polea tractora es del 85% y la eficiencia de los rodamientos es del 90% . La veloddad de cálculo del ascen sor es de 1.5 m/s Se desprecia el peso de los cables de maniobra, y se supone el fac tor de cable i = 1. El ángulo de presión normal es de 20*. La máxima temperatura admisible del aceite en la transmisión es de 50 *C y la temperatura ambiente es de 22 ‘G
Solución En primer lugar calcularemos el conjunto de fuerzas que tenemos apli cado en nuestro sistema, para ello calcularemos el valor de los esfuerzos a cada lado de la polea tractora, es decir debido al peso de la cabina cargada y el debido al con trapeso. Los pesos de la carga útil y la cabina son: Qu = 630 kg Qb = 700kg Despredamos el peso de los cables de maniobra. El peso del contrapeso por tanto será: Qc = Qb + Qu/2 = 70° + 6 3 0 /2 = 1015 kg
Y el peso de la cabina cargada con la carga máxima valdrá: Q r = Qb + Qu = 700 + 630 = 1330 kg
Por lo tanto los valores de las tracdones del cable a ambos lados de la polea valdrán: T , = Q r = 13300N T2 = Qc = 10150 N
104
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
La eficiencia de la polea es del 85% y la eficiencia de los rodamientos es del 90% , por tanto: eficiencia de los rodamientos:
f|L= 0*9
eficiencia de la polea: T)p = 0-85 Sea un sinfín con 2 dientes que gira a 1500 r.p.m. y una rueda con 42 dientes. El diá metro del eje sinfín es de 40 mm, por tanto: zp =2 Zf = 42 dp = 0.04 m np = 1500 r.p.m. En primer lugar calculamos el momento torsor en la polea de tracdón: Mt = Mr x t|l x r|p = I l l I ? x D T = 133QP ~ 10150o.6io = 960.75 Nm una vez conocido este momento torsor en la polea MT, nos permite calcular el momento torsor en la rueda de engrane Mp
..Mr = —— m t r
T^p
no, , M
960.75 = ------------- = 1395.4 Nm 0.902 •0.85
y una vez conoddo éste se puede obtener directamente el momento torsor que deberá soportar el tomillo sinfín Mp: Mr = MP x i C x n C
para ello es necesario calcular primero el índice de transmisión i^ y tener en cuenta además que el rendimiento del mecanismo de engrane con tomillo sinfín que habrá de calcularse. Sabemos que el paso axial px del tomillo y el paso circular p, de la corona es el mismo si el ángulo entre ejes es de 90*. Esdedn Pt = Px = p por lo tanto el paso será: , ZPP «V 0.04 k nn„ Q d = => p = - t — = —-— = 0.0328 m r K Zp 2
2.2 Composición y funcionamiento
105
ahora podemos calcular el diámetro de la corona:
d
ÍeP = 4 2^ 628 = 0JB9m
r
n
n
Sabemos que la velocidad lineal de la corona y la velocidad lineal del tomillo es la misma para un engranaje helicoidal de ejes perpendiculares y la obtenemos de: ( r (
El índice de reducción será:
r 60v„
60v„
r
= ÜE = ^ £ = Ü £E = = í? lc n, 60v, 60v„ zp 2 ndr
nZfP
r r
por lo tanto: nP "r =
Cálculo de
(
1500 71 = T T = 7 1 4 2 r'Pm
h eficiencia del mecanismo de tornillo sinfín
Calculamos el avance del tomillo con la expresión siguiente: L = px zp = 62.8 •2 = 125.6 mm consecuentemente podemos hallar el ángulo de avance X: tg X = H ° ti dp
*4 0
= 1 => X = 45° como era de esperar. r
Calculamos el coeficiente de rozamiento p. en la gráfica que lo relaciona con la velo cidad de deslizamiento Vs para un ángulo de presión de 20* y para una corona con aleación de bronce al fósforo y tomillo de acero pulido y endurecido superficial mente. Para ello calculamos la veloddad de deslizamiento del mecanismo sinfín: Vs = s cosX
cos45°
= 4.44 m/s
acudiendo a la gráfica se obtiene un valor aproximado de ^ = 0.025
r
106
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Calculamos el coeficiente de fricción con la expresión: tg ♦ = b cosa
eos 20
= 0.0266 =» $ = arctg 0.0266 = 1,52° b
y por lo tanto la eficiencia de la transmisión es:
" c ■ { ¡ í f r * ) = i¿ (4 5 °fl5 2 ) ■ 0 5 = °'95esdecir "G ■ 95% Si la transmisión funcionara en sentido inverso tendríamos una eficiencia del:
n'c =
= >8<4tg45^ L>= ¥
= °-95esdecir i c = 957“
Cálculo de la pérdida de potencia y el calor disipado Podemos obtener el momento en el sinfín: Mr nos 4 => Mn = ^ J L = = 33.38 Nm P iGiiG 44 0,95 Conocido Mp es posible determinar la potencia del motor necesaria para accionar el mecanismo (nm = np): MP = MmXTlL = 9550^
x
,1l
P = MP Rm = 3 3 3 8 15ty = 6.47 kW = 8.73 CV 9550 r\l 3550 0.92 La carga a transmitir es realmente la componente tangencial, porque las componen tes radiales y axiales, no son efectivas ya que no transmiten potencia. La componente de fuerza tangencial la calculamos una vez conocido Mp:
Podemos comprobar la potencia desarrollada teniendo en cuenta el rendimiento de transmisión total = 0.81) como: FV P = _L_E n
(w) = 1669 x 3.14/0,81 = 6.469 kW = 8.73 CV
107
Z2 Composición y funcionamiento
Podemos ahora calcular el calor disipado y compararlo con la pérdida de potencia. p = M PnP = 33.38-150) = 6 47 kW _ g 73 c y ' 9550r 9550 0.92
|l
Mrnr nQS 4 - ' Ul P, = — L_L = ^ = 6.15 kW = 8.3 CV 2 9550ní 9550 0.92 La pérdida de potencia puede calcularse a partir de la siguiente ecuación para una reducción directa:
^
= ¡ T T p ; = >P» = pi - p2 = 6.47 - 6.15 = 0.32 kW
Para calcular la superficie exterior necesitamos calcular primero la distancia entre centros: C =
2
= 0-04 + 0.839 = QA395m =
2
4 3 9 .5
™
Calculamos entonces la superficie exterior como: S ^ x l O ^ x C 1 8 5 = 9 x 10~5 x 439.51'8 5 = 6.97 m2 Sabiendo que la máxima temperatura admisible del aceite en la transmisión es de 50 *C y que la temperatura ambiente es de 22 *C, calculamos el incremento de tem peratura con la fórmula: 0, - 0 , 5 0- 2 2 A0 = -------- ----- i---------1.5 = ----------— 1.5 = 22.8 °K 1.03 + 0 . 0 1 J a i n p 1 .03 + 0.0170.1 1500 Suponemos que la transmisión trabaja a un ritmo bajo y con un ventilador montado en el eje del tomillo sinfín, con lo que la expresión a utilizar para calcular el coefi ciente de transferencia de calor es:
k-
6 .6
x
1 0 -3
x [ l + O A f á f 7)
k = 6 .6 x 10-3 x [ l + ° - 4 ( ^ ) ° /5] = 0-0361 kjm ‘ 2 “C" 1 s'
1
108
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Por lo tanto el calor disipado por el reductor en una transferencia estacionaria será: K = A 0 x S x k = 22.8x6.97x0.0361 = 5.73 kj/s = 5.73kW Como podemos ver se verifica la relación: K > Pv 5.73 kW> 0.32 kW Por lo tanto nuestro reductor es capaz de disipar la energía que se produce en él. En caso contrario sería necesario lubricar de alguna manera el tomillo sinfín con algún aceite minera] mediante un baño, o habría que modificar el diseño y realizar un sis tema de transmisión que posea una superficie mayor, es decir aumentando la dis tancia entre centros, lo que supondría aumentar los diámetros de piñón y corona.
2.2.2.3.4
Poleas de tracción
A diferencia de los aparatos de elevación y transporte o grúas, donde las poleas giran locas, en una ascensor la polea superior es siempre tractora, y por este motivo se debe diseñar de forma cuidadosa para que además de soportar los esfuerzos que le transmite el cable, sea capaz de transmitir la tracción a éste por adherencia. Las poleas que arrastran los cables por adherencia tienen tres características (Figura 2.58) que las definen: su diámetro, el perfil de sus gargantas o canales, y el material de que están construidas. El diámetro viene en parte determinado por la velocidad de desplazamiento que se fije para la cabina. Así, es normal que se utilice un mismo grupo tractor para la obtención de varias velocidades de desplazamiento de la cabina utilizando poleas de arrastre de diámetros adecuados. Sin embargo, este diámetro tiene un límite infe rior, ya que la duración del cable es tanto mayor cuando mayor sea la relación entre el diámetro de la polea y el diámetro del cable, a igualdad de los demás factores. La Norma EN-81 fija esta relación en un mínimo de 40. El perfil de las gargantas de las poleas de arrastre tiene una influencia en la dura ción de los cables. Si la garganta de la polea es demasiado estrecha, el cable queda enclavado en ella. Y si es demasiado ancha, no encuentra el apoyo necesario y el cable se aplasta. En los dos casos se produce un desgaste anormal y prematuro del cable. Los perfiles de garganta más utilizados son los trapezoidales y los semicircula res. Mediante las gargantas trapezoidales o de cuña (Figura 2.58a) se consigue una buena adherencia de las poleas con los cables, pero a costa de una gran presión que acelera el desgaste de cable y garganta.
22 Composición y funcionamiento
ftí/ej de tracción.
109
Su diámetro debe ser como mínimo 40 itces et diámetro de los cabtes de suspensión
Los tres perfiles de gargantas más utilizados son: a) el trapezoidal o de cuña; b) el semicircular con entalla o ranura; c) el semicircular sin entalla.
Figura 2 5 8
Con las gargant.is semicirculares, se obtiene menor adherencia pero tienen una duración mucho mayor de cable y garganta, siendo el ángulo de apoyo del cable más favorable de 120* a 150* (Figura 2.58c). Sin embargo, para las poleas de tracción de los ascensores la garganta que más se emplea es la semicircular con ranura o entalla, que mejora la adherencia de la gar ganta semicircular y evita el rozamiento y deformación del fondo de la garganta (Figura 2.58b)
110
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Ciclos
200x 10* i /
d = 16 mm
/ /
160
/ /
D = 500 mm
/
y
//
s
120 80
40
Figura 2.59 Gráfico de Womle, que relaciona la duración de los
cables con el perfil de la polea de arrastre.
El gráfico de Womle (Figura 2.59) da una idea de la duración de cables, según la garganta utilizada. El material empleado para la construcción de las poleas de tracción de los ascen sores es la fundición de hierro gris, de resistencia suficiente para soportar la presión específica del cable sobre la garganta, sin que se produzca un desgaste anormal. La máxima tracción que puede soportar una polea de cables viene expresada por la fórmula de Euler: ■< eM
(2.47)
donde Tj/T2 es la relación entre la mayor y la menor tensión en el cable a ambos lados de la polea, f es el coeficiente de rozamiento y a es el ángulo del arco abrazado por el cable a lo largo de la polea. Los valores de las tensiones Tj y T 2 dependen de la carga útil, del peso de la cabina o del contrapeso respectivamente, del peso del cable y del factor del cable. Si se utilizan los cables de compensación, debe tenerse en cuenta su peso así como las fuerzas de tracción existentes en ellos.
22 Composición y funcionam iento
111
FUERZAS EN LA POLEA
Figura 2.60 Diagrama de fuerzas sobre la polea de tracción.
Los valores de Tj y T2 para un ascensor a plena carga están dados por las siguientes expresiones en relación con la Figura 2.60:
Tl = ( ~ I ~^b * mL )x Sn
(Nk
T2 = 5 í x g n (N)
(2.48)
donde Qb es el peso de la cabina, Qu es a carga útil, mL es la masa de uno de los cables de suspensión, Qc es la masa del contrapeso, i es el factor de cable y g„ es la aceleración de la gravedad.
Figura 2.61 Diagrama de fuerzas sobre un sistema de poleas
con doble arrollamiento.
112
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
En el caso de un sistema de poleas con doble arrollamiento (Figura 2.61), se cum plen las siguientes expresiones: £ s e fo' *3
£ < e (o= *2
(2.49)
y por lo tanto: T _ U ef
(2.50)
T2
En este caso, la tracción se incrementa considerablemente con respecto al caso de una polea simple, y por lo tanto es una posibilidad a considerar. Por otra parte, el diseño de esta instalación es más complicado, las fuerzas de fricción son mayores y consecuentemente el rendimiento global de la instalación es menor. Presión específica La presión específica de los cables sobre las gargantas de las poleas de arrastre no debe superar ciertos límites, para evitar su desgaste prematuro, y el de los cables. Según la Norma EN 81, la presión específica se calcula por las fórmulas: Para poleas de arrastre de gargantas trapezoidales, o en V
p=
2^772
(251)
Para poleas motrices de gargantas semicirculares con (2.52a) o sin (2.52b) entalla: T 8 COS 5/2 P - —TR------- S-------- K r ndDT k - 5 —sen 5
p = J r T( d b
(2.52a)
(2 52b)
en las que: p presión específica del cable sobre la garganta en MPa T tensión estática del cable en N (que es igual al peso de la cabina más el peso del bastidor, más el de la carga nominal, más el peso del cable con la cabina en el piso más bajo) d diámetro de los cables en mm D j diámetro de la polea de arrastre en mm n número de cables v velocidad de los cables; corresponde a la velocidad nominal de la cabina
2.2 Composición y funcionamiento
113
ángulo de la garganta trapezoidal (radianes) P ángulo de la entalla semicircular (radianes) 8 ángulo del arco cortado por la entalla de la garganta semicircular (radianes)
7
Presión específica máxima Las presiones específicas de los cables sobre las gargantas de las poleas no deben superar el valor obtenido por la fórmula siguiente, estando la cabina cargada con su carga nominal: p (M P a)< 1 2 jV ¿ 4v = Pmax
(ven m/s)
(2.53)
Ejercicio 2.4 Enunciado Se trata de calcular la presión específica de los cables sobre la polea de tracción de un ascensor de las siguientes características: Peso de la cabina y bastidor Carga nominal máxima Número de cables proyectados Diámetro de los cables Diámetro de la polea de tracción Ángulo de la garganta trapezoidal Velocidad
Peso de los cables por metro Recorrido Longitud de cada ramal de cable Solución
Qb = 300 kg = 3000 N Qu = 325 kg = 3250 N n =4 d = 8 mm D j = 500 mm Y = 30* = 0.52356 radianes v = 0.70 m/s (como no es suspensión dife rencial, coincide con la velocidad nominal de la cabina) mL = 0.25 kg/m L = 30 m L + 5 m = 35 m
De los datos anteriores se obtiene:
Peso de los cables
Ql= nx mLx L= 4x 0.25x 35 m = 35 kg = 350 N
Tensión estática del cable:
T = Q|n+ Qu + Ql = 3.000 + 3.250 + 350 = 6.600 N
Luego aplicando (2.51):
v
6600 P = — ó— 4 x 8 x 500
3n „ _ x -------= 7.51 MPa 2 sen 30/2
114
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
como según (2.53) la presión máxima permitida es: p = ^
+ Q^^~~ = ^ resulta que 7.51 <9
luego la presión específica es inferior a la máxima permitida.
Coeficiente de fricción entre cable y polea f =
f =
f =
(trapezoidal)
5611 P f 2 P + sen p
^ ~ xno - sen o
k-
(semicircular sin entalla)
(semicircular con entalla)
(2.54)
(255)
(256)
Ejercicio 2.5 Enunciado Determinar la presión específica y el coeficiente de fricción de las gar gantas de estos tres tipos: 1. trapezoidal de 7 = 35* 2 semicircular sin entalla de (a) P = 167* y (b) p = 180* 3 semicircular con entalla de (a) P = 180°, 5 = 90* y (b) P =180*, 6 = 105* de un ascensor de pasajeros con los siguientes parámetros: Carga de pasaje: Peso de la cabina: Peso del contrapeso: Altura máxima: Velocidad: Diámetro del cable: Número de cables: Factor de cable: Peso de los cables por metro:
Qu = 630 kg Qb = 737 kg Q,. = 1020 kg H = 33.6 m v = 1 . 6 m/s d = 1 0 mm n=4 i= 1 mL = 0.25 kg/ m
Calcular los valores para dos diámetros de poleas: D j = 560 mm y Dy = 610 mm
2.2 Composición y funcionamiento
115
Solución Pmax = 02-5 + 4 X v)/(l + v) = (12.5 + 4 x 1.6)/(1 + 1.6) = 7.269 MPa La carga máxima es: T = Qu + Qb + Q l = 6300 + 7370 + (33.6 + 5 ) x 2.5 x 4 = 14056 N (1 ) Para una polea de diámetro 560 mm, la presión específica es: p = (14056 x 3n) / ( 4 x
10
x 560 x 2 x sen 175*) = 9.83 MPa que es excesivo.
Para una polea de 610 mm: p = 9.02 MPa también excesivo. Por lo tanto, para una garganta trapezoidal, es necesario o bien aumentar el número de ramales, o bien utilizar cables de mayor diámetro (13 mm) El coeficiente de fricción f = n/sen (y/2) = 0.09/sen 17.5 = 0.299 (2) La presión específica para una garganta semicircular sin entalla, toma la siguiente expresión: (a) p = (14056 x 8)/(4 x 1 0 x 560 x (x x 167/180 + sen 167*)) = 1598 MPa (b) p = (14056 x 8)/(4 x 10 x 560 x (ti + sen 180*)) = 1.597 MPa Para una polea de diámetro 610 mm (a) p = 1.467 MPa (b)p = 1.466 MPa La disminución de la presión específica con la variación del ángulo (i de 167* a 180' no es importante. La presión en ambos casos es muy baja y consecuente mente el coeficiente de fricción, y por lo tanto puede haber problemas con la tracción. El coeficiente de fricción toma los siguientes valores: (a) f = (4 x 0.09 x sen 835*)/(n x 167/180 + sen 167*) = 0.1139 (b)f = 4 x 0.09/* = 0.1146 (3) La presión específica para una garganta semicircular con entalla, toma la siguiente expresión: (a) p = (14 056 x 8 x eos 45*)/(4 x 10 x 560 x (n - jix 90/180 - sen 90*) = 6.21 MPa (b) p = (14 056 x 8 x eos 525*)/ (4 x 10 x 560 x ( x - j i x 105/180 - sen 105*) = 8.9 MPa lo cual es excesivo. Para una polea de diámetro 610 mm
116
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
(a) p = 5.7 MPa (b)p = 8.17 MPa El coeficiente de fricción toma los siguientes valores: (a) f = (4 x 0.09 x (1 - sen 45”)/0i - jt x 90/180 - sen 90*) = 0.1847 (b) f = (4 x 0.09 x (1 - sen 525 ‘) /( n - n x 105/180 - sen 105’) = 0.2168 En todos los casos, excepto en los que se menciona que la presión específica es excesiva, la suspensión está diseñada correctamente en términos de presión específica. No obstante para finalizar el cálculo aún falta estudiar la vida de cables y poleas así como el cálculo de la capacidad de tracción.
Adherencia de los cables sobre la polea de tracción En los ascensores de polea de arrastre, la adherencia de los cables sobre la garganta de la polea debe ser suficiente para que al moverse ésta arrastre los cables, tanto en subida como en bajada, de la cabina con la carga máxima. Para que se realice este arrastre sin deslizamiento, debe verificarse según la Norma EN 81-1, lo siguiente: Í í c . c 2 s e f“
(2.57)
l2
en la que Ti — es la relación entre la carga o fuerza estática mayor (Ti) y menor (T2 )/que solicil2
tan los dos ramales de cables suspendidos de la polea de tracción. C] es un coeficiente que es función de la deceleración a de frenado de la cabina, y de la aceleración normal de la gravedad gn y que es igual a:
Cj = | ^ ( g n y a,en m / s2) on Se puede admitir para Q los valores mínimos siguientes: 1.10 para velocidades nominales hasta 0.63 m/s 1.15 para velocidades nominales comprendidas entre 0.63 m/s y 1.0 m/s 1 . 2 0 para velocidades nominales comprendidas entre 1 . 0 m/s y 1 . 6 m/s 1.25 para velocidades nominales comprendidas entre 1.6 m/s y 2.5 m/s
2.2 Com posición y funcionam iento
117
Para velocidades superiores a 2.5 m/s debe ser calculado encada caso particular, pero no debe ser inferior a 1.25. C2 es un coeficiente que tiene en menta la variación del perfil de la polea de trac ción debido al desgaste, y que puede evaluarse en: C2 = 1 para poleas de gargantas semicirculares o entalladas C2 = 1.2 para gargantas trapezoidales o en V e es la base de los logaritmos neperianos f es el coeficiente de rozamiento de los cables en las gargantas de las poleas de tracción, y es igual a: f •=
^ para poleas de gargantas trapezoidales o en V sen |
4jisen^ f = p 4. sen g Para poleas de gargantas semicirculares
4 ^ 1 -se n 0 f = ——g— para poleas de gargantas semicirculares con entalla Ji es el coeficiente de rozamiento de los cables sobre poleas, que si son de hierro fundido se estima en 0.09. a es el arco de arrollamiento de los cables sobre ía polea de tracción en radianes P es el ángulo de la garganta entallada o semicircular de la polea de tracción en radianes (P = 0 para gargantas semicirculares). Y nes.
es el ángulo de la garganta trapezoidal o en V de la polea de tracción en radia
Las dos posiciones más desfavorables para que pueda haber peligro de desliza miento son: (a) Cabina cargada llegando a planta baja.
(b) Cabina descargada llegando a la planta más alta. Si suponemos que: Qt peso de la cabina y bastidor Qu carga útil Qc peso del contrapeso Q l peso de los cables en la longitud del recorrido Qc peso de la cadena o cables de comunicación, si los lleva
Capítulo 2
118
Ascensores y montacargas
Las tensiones a que estarán sometidos los dos ramales de los cables que mueven la polea de arrastre de un ascensor de tracción por adherencia, con la máquina en la parte superior del recinto serán las siguientes: (a) Cabina cargada llegando a la planta baja: ramal más cargado
T! = Q5 + Qu + Q l
ramal menos cargado
T2 = Qc + Qe
,
T,
Q b + Q„ + Q l
sustituyendo en la fórmula (2.57) II t2 por su valor, queda Qb + Qu + QLC C Qc + Qc
12
C se;: —
-
c.
r-. i
.
'•
n
' ‘ Semicircular con entalla'
Trapezoidal
Deceleración en
— 7— Z —
c2
C;
*
1C
C,C2 fr • 1.1536
0.70
1.1536
12
13843
1.1536
1
0.75
1.1654
1.2
13985
1.1654
1
1.1654
0.80
1.1776
12
1.4131
1.1776
1
1.1776
0.85
1.1900
1.2
1.4280
0.90
1.2020
12 \2 \2 12 12
1.4424
1.1900 1.2020
1 1
1.1900 12020
1.4573
1.2144
1
12144
1.4724
1.2270 1.2397
1
12270
1
12397
1.2525
1
12525 13187
0.95
1.2144
1.00
1.2270
1.05
1.2397
1.10
1.2525
1.15 120
1.2656
1.2
13187
12656
1
1.2787
13344
1.2787
1
12787
125
1.2920
13500
12920
1
12920
130
1.3055
12 12 \2
13666
1.3055
1
1.3055
13191
1.2
13829
1.3191
1
13191
135
1.4876 1.5030
119
22 Composición y funcionam iento
(b) Cabina descargada llegando a la planta alta ramal más cargado Tj = Qc + Q l ramal menos cargado T2 = Qb + Qe T,
luego;
Qc + Ql
Qb+Qc V T1 sustituyendo en la fórmula (2.57), — por su valor, queda
2
Qc t Q Lc c < ,a Q b+Q c
(2.58)
Ejercicio 2.6 Enunciado Calcular la capacidad de tracción de la polea de tracción del ascensor estudiado en los ejemplos anteriores. Solución Vamos a suponer que existe una polea auxiliar de manera que el ángulo de enrollamiento de cable sobre la polea de arrastre es a = 165*. Primero vamos a calcular el ratio T!/T2 cuando la cabina está estacionada en el piso más inferior con una carga equivalente del 125% de la carga nominal: Tj/T2 = (1.25 x Qu + QtVQc = (1.25 x 630 + 737)/1020 = 1.4946 Otra hipótesis de cálculo consiste en suponer que la cabina está estacionada sin carga en el piso más superior, aunque este caso no es tan desfavorable como el ante rior: V T 2 = Qc/Qb = 1020/737 = 1384
Por lo tanto tomaremos como ratio más desfavorable el calculado en el primer caso. La inecuación que permite calcular el coeficiente de fricción mínimo es la siguiente:
120
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Suponiendo que la aceleración no supere 1.0 m/s2, el coeficiente Q toma la siguiente expresión: Q = (gn + l)/(gn-l) = 1-227 C2 = 1 para gargantas de polea semicirculares con y sin entalla. Así pues T, /T2 x C, = 1.4946 x 1.227 = 1.8339 El valor mínimo de f se calcula mediante la expresión: 1.8339
=> fmin= 0.2106
De todos los casos vistos en el ejemplo anterior, el único que presenta una trac ción suficiente es el de la polea con garganta semicircular con entalla (caso 3b).
2 .2 .2 .3 .5
Volante de inercia
El volante de inercia tiene como objeto asegurar que el ascensor quede bien nive lado con cada piso cuando el motor utilizado es de una única velocidad. En base al párrafo anterior es fácil comprender que este elemento era de vital importancia hace algunas décadas cuando los motores eléctricos eran todos de una única velocidad. En la actualidad, una buena parte de los motores eléctricos utilizados son ya de dos velocidades, y por lo tanto el volante de inercia no se incorpora. En aquellas ins talaciones en las que el motor es de una única veloddad, es necesario hacer un cál culo de la inercia necesaria para equilibrar la masa móvil para que ésta pueda ser controlada y nivelada con cada piso dentro de las tolerandas normalizadas. La tendenda en todos los ascensores de tracdón eléctrica es la utilizadón de motores de dos velocidades, y por lo tanto el volante de inerda no se incorporará en el transporte vertical.
2 .2 .2 .3 .6
Elementos de amortiguación y aislamiento de ruido
Existen tres fuentes de ruido en una instaladón de un elevador (a) La maquinaria de tracción
La maquinaria (motor, freno, reductor, polea, ejes, rodamientos y carcasa) suele ir montada sobre unas vigas de apoyo. El conjunto (maquinaria y vigas de apoyo) va anclado a una estructura de hormigón mediante una serie de silentblocks.
121
2.2 Com posición y funcionam iento
Suponiendo que el conjunto se comporta dinámicamente como un sistema de una masa y un resorte, se puede calcular la frecuencia natural del sistema mediante la fórmula:
f = i - x E (1/s)
(259)
s = nxsj
(2.60)
r
2n
,jm s
donde
siendo n es el número de silentblocks y Sj la rigidez de un silentblock ms = mm + mb (kg)
(2.61)
siendo mm es la masa de la maquinaria de tracción y mb es la masa de apoyo que pueden considerarse que constituyen sustituir por rígido. Esta frecuencia natural no debe situarse entre las dos frecuencias excitadoras generadas por el motor eléctrico:
'•= j ¡ x É5<1/s)
(262)
l2 =
(2.63)
donde n es el r.p.m. del motor. Además la frecuencia natural anteriormente calculada debe ser ir frecuencia de red, en Europa 50 Hz. fr < 501 /s
(2.64)
Por lo tanto hay dos posibilidades de diseño: (a)
La maquinaria se calcula en una banda de frecuencia baja: 1 n
(265) fr <501/s
(2.66)
122
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
(b) La maquinaria so calcula en una banda de frecuencia alta:
^ * ¿ 5 < fr <50 l/s
(2’67)
Normalmente se suelen disponer tres silentblocks de forma que la repartida a par tes iguales entre los tres puntos. (c) Armario de control La solución más simple es montar el armario de control sobre una placa base que sirva de aislante acústico y de vibraciones. Si esta solución no se acepta, pueden colocarse entre al armario de control y pared o suelo una placa protectora vulcani zada formada por caucho en forma de nido de abeja. (d) Fuentes de ruido existentes en el hueco del elevador, tales como:
• Puertas de apertura • Guías • Cables y mecanismos de tensionado de cable La mejor solución consiste en la instalación de bloques prefabricados ensambla dos, separados de la estructura del edificio mediante una junta de dilatación. Para aumentar la rigidez de la estructura del hueco y evitar movimientos laterales, el hueco entre estos elementos prefabricados y la estructura del edificio puede llenarse con un núcleo de poliestireno.
Ejemplo 2.7
Enunciado Se disponen de 4 modelos de silentblocks de rigideces diferentes. Cal cular cuales de ellos son los apropiados para una instalación de un ascensor para 9 plantas en Europa. El grupo tractor de la instalación posee un motor que gira a 1500 r.p.m. El número de silentblocks a instalar a priori es de tres. En dicha instalación se dispone de los pesos de los elementos siguientes: Motor = 230 kg Freno = 63 kg Reductor = 129 kg Polea = 88 kg Ejes y rodamientos = 50 kg Carcasa = 110 kg Vigas de apoyo = 450 kg
123
2.2 Composición y funcionamiento
La rigidez de cada uno de los silentblocks es: -1000 kN/m slb = 10 000 kN/m Sjc = 25 000 kN/m sld = 50 000 kN/m Solución Para saber si cada uno de los silentblocks es válido para esta instalación, calcularemos las frecuencias de no .árales de vibración de la instalación y las compa raremos con las frecuencias de excitación del motor. Para determinar las frecuencias naturales de vibración es necesario en primer lugar calcular la masa total que entra en juego en la instalación, es decir, la masa de la maquinaria m.is la masa de las vigas de apoyo. Masa total de la maquinaria = 700 kg Masa de las vigas de apoyo = 450 kg Masa total = 1150 kg Por lo tanto: mm = 700 kg mb = 450 kg ms = inm + mb = 700 + 450 = 1 150 kg Conociendo la rigidez de cada uno de los silentblocks y el número de silentblocks podemos calcular la rigidez total del sistema de amortiguación para cada sa = n x su = 3 x 1 000 = 3000 kN/m sb = n x s,b = 3 x 10000 = 30 000 kN/m sc = n x S|c = 3 x 25 000 = 75 000 kN/m s j = n x sjj = 3 x 50 000 = 150 000 kN/m Seguidamente calculamos la frecuencia natural del sistema mediante la fór mula:
que aplicada a cada uno de los tipos de silentblocks será: x l 000 000 1150 = 8.12(l/s)
124
Capítulo 2
,
i
p x s lb
,
/3x 10 000 000
f'>> = 2 Í X ‘l m í = 2 * ’“ » 1150 = 2 Í * *
, fe , P x s le , frc = 2 ¡ x <|m!> = 2 i x '/ 1150 =
, '- ■ S N
í*d
,
- .'S M
P XSIJ
,
Ascensores y montacargas
1,50
= 25 W
S)
^3 x 25 000 000 1150 = 40.64(1/s)
£3 x 50 000 000
1150 = 2 i x ^
1,50
= 57j“ o/»>
Para saber si estas frecuencias son aceptables se debe de comparar con las fre cuencias excitadoras generadas por el motor eléctrico, para ello tendremos en cuenta la velocidad del motor que en este caso es de 1500 r.p.m. Las dos frecuencias excitadoras generadas por el motor eléctrico son: Límite de la banda de frecuencias bajas:
Límite de la banda de frecuencias altas: í2 = V 2 X Í = V2xí|20 = 3535(1/s)
Tenemos las frecuencias naturales de vibración para cada tipo de amortiguador: fn = 8.12 (1/s) frf, = 25.7 (1/s) frc = 40.6 (1/s) frf =57.4 (1/s) y las frecuencias excitadoras del motor: fj = 17.67 (1/s) f2 = 35.35 (1/s) además sabemos que la frecuencia de la red en Europa es de 50 Hz.
22 Composición y funcionam iento
125
Las posibles soluciones son: 1. La frecuencia natural de vibración de la instalación se puede diseñar para la banda de bajas frecuencias, luego ésta deberá ser menor de 17.67 Hz. Por ello para este caso sólo sería válido el tipo a de silentblocks, ya que verifica que: fn = 8.12 (1/s) < f¡ = 17.67 (1 /s) fra= 8.12(l/s) < 50 Hz 2 La frecuencia natural de vibración de la instalación se puede diseñar para la banda de altas frecuencias, luego ésta deberá ser mayor de 35.35 Hz. Por ello para este caso sólo sería válido el tipo c de silentblocks, ya que verifica que: f2 = 35.35 (1/s) < frc = 40.6 (1/s) frc = 40.6(1/s)<50Hz 3 Ni el tipo b ni el tipo d son válidos puesto que no están dentro de los rangos de diseño. En el caso del tipo b por encontrarse entre las dos frecuencias exci tadoras del motor, y en caso del tipo d por ser la frecuencia mayor que la de la red. f, = 17.67 (1 /s) < i * = 25.7 (1 /s)) < f2 = 35.35 (1 /s) 50Hz<
frf = 57.40/s)
4 Los tipos b y d de silentblocks podrían ser utilizados en las situaciones siguientes: • en el caso del tipo I», si se utilizan 7 silentblocks en vez de 3, la frecuencia pasa a 39.2 Hz, con lo que estaría dentro del rango de diseño de altas fre cuencias. • y en el caso del tipo d, si se utilizase en una instalación en América, donde la frecuencia de la red es de 60 Hz.
2.2.2.3.7
Polea de desvío
Como se ha comentado con anterioridad, la polea de tracdón debe ser capaz de acdonar la cabina y contrapeso sin deslizamientos, para ello, los cables han de tener contacto con la polea de tracción en un arco superior al mínimo necesario. Con el grupo tractor en la parte superior del rerinto, el ángulo máximo del arco de contacto será 180* si el diámetro de la polea tractora es igual a la distancia entre el amarre de los cables en el bastidor de la cabina y el amarre en el contrapeso. Si esta distancia,
126
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.62 Geometría de poleas de tracción y de desvío.
como ocurre generalmente es mayor, es necesario instalar una polen de desvío para situar los cables de suspensión de la cabina y contrapeso a la distancia necesaria. Si esta polea se coloca al mismo nivel que la de tracción, el ángulo del arco de contacto de los cables con la polea de tracción se reduciría a 90*, insuficiente para evitar el deslizamiento. Por eso se colocan poleas de desvío a una altura inferior, con lo cual se consiguen ángulos muy superiores. Si a pesar de esto no se llegase al ángulo mínimo para evitar el deslizamiento se deberán adoptar disposiciones espe ciales, implantando varias poleas que si bien permiten aumentar el arco de con tacto, hacen disminuir considerablemente la vida del cable. Según la Figura 2.62, el ángulo $ está dado por la fórmula siguiente:
|a
W
.y » -W ,: y
(26g)
l 2 + h2
Para el caso particular 1^ = Rp se tiene:
sen <¡> =
1—
J iü h *
ó tg = ^
h
(2.69)
2.2 Composición y funcionam iento
2 . 2 .2 .4
127
Central hidráulica
Los ascensores hidráulicos, pioneros del transporte vertical, están en alza en el momento actual, utilizándose en dos aplicaciones fundamentalmente: • ascensores para viviendas de baja altura (6 pisos) • montacargas y montacoches Un ascensor hidráulico tiene como componente principal la denominada central hidráulica, que tiene como objeto generar la presión adecuada en el aceite hidráu lico para elevar el pistón del cilindro. La central hidráulica, está compuesta por un motor eléctrico que acciona una bomba, la cual impulsa aceite a presión a través de las válvulas de maniobra y segu ridad, por una tubería a un cilindro cuyo pistón sostiene y empuja la cabina (Figura 2.63). La central hidráulica realiza las funciones del grupo tractor de los ascensores eléctricos y el cilindro transmite la potencia del motor en la denominada potencia de elevación, que define la velocidad vertical a la que se eleva la carga. Los ascensores oleodinámicos o hidráulicos están siendo incorporados de forma creciente. Sus más recientes innovaciones se centran en el bloque de válvulas, como a continuación se estudiará.
máximo 10 m
Figura 2.63 Esquema de un ascensor hidráulico I. Conjunto Motor eléctrico-Bomba
hidráulica 2. Bloque de válvulas 3. Tanque de aceite 4. Tuberías 5. Cabina 6. Pistón.
128
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
El aceite utilizado como fluido para transmitir el movimiento, funciona en cir cuito cerrado, siendo necesario completar la instalación con un depósito de aceite. Por tanto, la central hidráulica puede considerarse formada por cuatro elementos principales: • el motor • la bomba • el bloque de válvulas • el depósito de aceite Motor Los motores son asincronos con arranque en cortocircuito para bajas potencias, pero los motores de potencia superior a 15 CV deberán estar equipados por lo menos con arrancadores estrella-triángulo de funcionamiento automático. En principio, como se aprecia en el ejemplo expuesto al final de este apartado, los ascensores de viviendas de bajas prestaciones no requerírán este tipo de arranca dor ya que suelen requerirse potencias bajas, siendo suficiente el arranque en corto circuito. Para montacargas y montacoches, donde la carga útil suele ser elevada, se reque rirá el arrancador estrella-triángulo. Recientemente se están incorporando sistemas de control en el arranque, que con sisten en el acoplamiento de una serie de bobinas, las cuales se conectan directa mente a las bomas de las centrales en la maniobra del arranque. Estas bobinas están diseñadas para funcionar sumeigidas en el aceite sin que generen calor adicional. Normalmente tanto los arranques en cortocircuito como los arrancadores estre lla-triángulo generan intensidades en el arranque del orden de tres veces la nomi nal. Con este nuevo sistema de control, la intensidad en el arranque se duplica respecto a la nominal. Las ventajas de este sistema son: • protección del motor contra los picos de intensidad, consiguiendo una vida mayor de la instalación • reducción de la potencia requerida para la instalación. Bomba Las bombas utilizadas en los grupos impulsores de los ascensores hidráulicos son de engranajes, de pistones rotativos o de husillos múltiples. Las más silenciosas y las más utilizadas son las bombas de husillos. El accionamiento de la bomba por el motor eléctrico se realiza a través de correas trapezoidales, cuyo número debe ser el que se obtenga por cálculo más dos, en caso de ascensores, y más una en caso de montacargas.
2.2 Com posición y funcionam iento
129
Pero en general, los grupos impulsores están formados por el motor eléctrico y la bombo acoplados directamente, y a veces formando un solo cuerpo. La bomba está prácticamente siempre sumergida en el depósito del aceite, y el motor con su eje vertical sobre la tapa del depósito.
Presión de trabajo Las presiones de trabajo dependen de la carga nominal del ascensor y del diámetro del pistón. Suelen requerirse diámetros elevados de pistón para recorridos grandes, con objeto de aumentar la resistencia al pandeo. Por otra parte, la superficie del pis tón es proporcional al cuadrado del diámetro. Parece que todo es favorable a los diámetros grandes, excepto el coste. Por esto se utilizan los pistones del menor diá metro posible, aunque se tenga que aumentar la presión. Generalmente se utilizan presiones entre 2.5 y 3 MPa. Los ascensores hidráulicos deberán llevar una válvula de seguridad que asegure una limitación de la presión y un manómetro para la lectura de las presiones de tra bajo. Además, todo el circuito hidráulico deberá someterse a una presión de prueba igual a la nominal aumentada en un 5%.
Bloque de válvulas El bloque de válvulas, que generalmente se instala sobre el depósito de aceite del grupo impulsor, está compuesto por las válvulas de maniobra del circuito hidráu lico del ascensor. Algunas son de accionamiento electromagnético abriéndose o cerrándose, comandadas por la maniobra eléctrica del ascensor. Recientemente se están incorporando sistemas electrónicos basados en un microprocesador en el que se memorizan las aceleraciones y deceleraciones a apli car en función de la carga del ascensor y de la temperatura de la instalación. Sus ventajas son: • mayor confort • el tiempo de recorrido es constante e independiente del tráfico vertical • el recorrido es constante durante la nivelación • en casos estándar, se pueden conseguir hasta 60 arranques/hora sin necesi dad de recurrir a refrigerador • la velocidad nominal puede alcanzar 1 m/s Se están optimizando también los cierres de las válvulas, consiguiendo mejoras sustanciales en el nivel de ruido: de 6 a 8 decibelios. Por medio de esta innovación, se puede eliminar el volante de inerda ya que la norma EN 81-2 suprime el stop de la cabina, consiguiendo un ahorro energético del orden del 8%.
Capítulo 2
130
Ascensores y montacargas
Finalmente se están implantando nuevos sistemas con la válvula de cierre para efectuar la parada del ascensor, duplicada. Este doble cierre, ya reglamentado en otros países, como Australia, aumenta el nivel de seguridad y dota a cada operación con un doble control.
Depósito de aceite En la Norma EN 81, se afirma que el depósito de aceite deberá ser de capacidad suficiente para permitir el funcionamiento del ascensor en circuito cerrado. El depó sito suele ser de chapa de acero con un tapón de carga en su tapa y otro para des carga en la parte inferior de un costado. Conviene, además, equipar el depósito con un nivel de cristal o una varilla como la que llevan los motores de los automóviles, para revisar el nivel de llenado del aceite.
2 .2 .2 .5
Pistón hidráulico
El cilindro y su pistón constituyen el accionamiento mecánico del ascensor hidráu lico. En cuanto a las tipologías del accionamiento del pistón hidráulico, existen dos: • acción directa: la cabina es impulsada directamente por el pistón (Figura 2.63) • acción indirecta: la cabina es impulsada por el pistón por medio de cables (Figura 2.64). La instalación más usual es la que se muestra en esta figura, con una suspensión 2:1. La suspensión 4:1 con dos poleas móviles y una fija es menos utilizada. Respecto al tiro, existen también dos opciones: • tiro directo lateral: el pistón está apoyado en el foso, cerca de alguna de sus paredes, de forma que empuja al bastidor desde la parte superior • tiro directo central: el pistón está enterrado y empuja al bastidor de la cabina desde abajo. El cilindro es un tubo de acero, que se instala siempre verticalmente, cuyo extremo inferior está cerrado estando abierto el superior. Se compone de los siguientes elementos: (1) Una cabeza soldada en su extremo superior a la que se fija el anillo sellador con sus guarniciones que constituyen la estopada, y que ajusta con el pistón que se mueve deslizándose por el interior del cilindro. (2) Un racor al que se rosca el manguito de acoplamiento de la tuberia de aceite. (3) Un anclaje para fijar el cilindro sobre el foso. (4) Una bandeja para recoger el aceite que arrastra el pistón al subir. La cantidad de aceite recogido en un depósito correctamente diseñado permite conocer el estado de la estopada.
2.2 Com posición y funcionam iento
131
Figura 2.64 Instalación de acción indirecta.
Si el cilindro es muy largo, se suele fabricar en dos o más secciones que se roscan entre sí en obra. El pistón está formado por un tubo de acero estirado en frío, meca nizado, rectificado, pulido y bruñido a 2 mieras. Lleva un aro roscado en su extremo inferior para evitar su eventual salida del cilindro. Este aro puede actuar como un fin de carrera amortiguador si se dispone un alojamiento en el extremo superior del cilindro, en el que pueda encajar el aro del émbolo, amortiguando su recorrido final el mismo aceite comprimido por el aro en el citado alojamiento. Si el pistón es muy largo, se fabrica de forma similar el cilindro en dos o más sec ciones que se unen mediante rosca en obra. Si el ascensor es de acción directa, la parte superior del émbolo empuja el bastidor de la cabina a través de un acopla miento con una rótula esférica que absorbe las variaciones del nivel del suelo de la cabina sin transmitirlas al pistón. A veces, la placa de la rótula se fija al bastidor por medio de tacos elásticos para evitar la transmisión de vibraciones.
132
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Otro sistema para conseguir el mismo efecto, pero de más costosa realización, consiste en el montaje del cilindro sobre un asiento cardan. Esta solución sólo es posible cuando se monta el cilindro en un pozo con amplitud suficiente para permi tir las eventuales inclinaciones del cilindro. Cualquiera de las dos soluciones evitará que las inclinaciones del bastidor produzcan desgastes anormales en el pistón, casquillos, guía y juntas. Si se trata de un ascensor de acción indirecta, el émbolo empuja una polea y la unión de la cabina con el émbolo se realiza de una manera flexible por medio del cable de suspensión. Pistones telescópicos Los pistones telescópicos con dos o más secciones tienen la ventaja de duplicar o tri plicar el recorrido del ascensor para una misma longitud de cilindro, y además con velocidad doble o triple que un émbolo simple, pero su mayor coste de construcción ha frenado su empleo. Para obtener una velocidad uniforme con émbolos telescópicos se deben dimensionar correctamente de manera que las secciones anulares que haya entre dos ele mentos sean iguales. Muy recientemente, se están implantando los denominados pistones telescópi cos de sincronización mecánica, es decir, mediante cadenas y piñones, fíente a la sincronización hidráulica tradicional, mediante válvulas internas. Sus ventajas son: • se reduce el coste del equipo • se pueden implantar sistemas de acción directa, eliminando de esta forma, poleas, cables y paracaídas en el chasis (Norma EN 81-2) • no es preciso tener en cuenta sobrerecorridos especiales ya que no se requiere resincronización. • este sistema requiere un espacio reducido (un 50% menos que el desincroni zación hidráulica tradicional) • se implanta un doble sistema de seguridad, al añadir además de la válvula paracaídas un dispositivo contra la eventual rotura de cadenas.
Ejercicio 2.8 Enunciado Dimensionar el circuito de un ascensor hidráulico de acción indirecta para una altura de 16 metros que posee una capacidad de 300 kg y un peso de cabina con puertas y operador de puertas de 200 kg, un peso del bastidor de 300 kg, un peso del cabezal (polea y chasis) de 110 kg y un peso propio del pistón estimado
22 Com posición y funcionam iento
133
de 150 kg. La longitud de los cables de maniobra es de 54 metros y el peso de estos es de 0.38 kg/m. Se requiere que la velocidad de la cabina sea 0.6 m/s. Suponer una longitud para los conductos de 9000 mm y un diámetro de los conductos de 40 mm. Solución: Determinación de la carga total de cálculo: Qu = Carga útil = 300 kg Qb
= Peso de la cabina completa = Peso de cabina con puertas y operador de puertas (200 kg) + Peso del bastidor (300 kg) = 500 kg
Qj = Peso de los cables (QL = 54 m x 0.38 kg/m = 21 kg) + Peso del cabezal (polea y chasis) (0^, = 110 kg) =131 kg Q2 = Peso propio del pistón (estimación) = 150 kg Qr =Carga total de cálculo = 2 x Q u + 2xQ b + Q, + Q2 = = 2 x 300 + 2 x 500 + 131 +150 = 1881 kg
Determinación de la carrera del pistón
Recorrido de la cabina = 16 m. Carrera del pistón por ser de acción indirecta (1:2) será la mitad = 8 m. El reglamento marca un sobrerecorrido de 0.3 m. Por tanto: Carrera = 8 + 0 3 = 8.3 m Determinación de la superficie hidráulica del pistón
Se aconseja una presión de trabajo de 2.8 MPa ó 28 kg/cm2 luego la superficie hidráulica del pistón deberá sen donde: Ap = superficie hidráulica del pistón Qy = carga total de cálculo. P( = presión de trabajo entonces: Ap= 1881/28 = 67.18 cm2 Elegimos un pistón de 100 mm de diámetro, cuya superficie es de 78.5 cm2.
134
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Cálculo del espesor de Ij pared del cilindro
Sabemos que el reglamento indica que la presión máxima no debe sobrepasar los 4 MPa. Aplicamos la fórmula de Bach:
d
1 a adm ” 1*3* Pmax
que sólo es válida si se cumple la siguiente desigualdad: .P m a x < ° a d m /1*3
donde: D = diámetro exterior del cilindro, d = diámetro interior del cilindro. °adm = tensión admisible del material. Pmax = presión máxima de servicio. Elegimos de material el A-52, que tiene de límite elástico 340 MPa. y tomamos un coeficiente de seguridad de 5, podemos calcular la tensión admisible: °ad m
= 340/5 = 68 MPa
como se verifica que: < ° a d m / 1-3 ya que 4 MPa < 68/13 = 523 MPa
Pmax
Tomamos como diámetro del cilindro interior 130 mm y sustituyendo en la ecua ción de Bach. Pmax /68 + 0.4 X 4 I = K l m - ^ x P m a x = V6 8 - 1 3 ^ 4 = 1-053 =>D = 1.053x130 = 136.89mm luego el espesor será: e = (D - d)/2 = (136.89 - 130)/2 = 3.5 mm Se busca en catálogo el espesor correspondiente, que en este caso tomamos: e = 5 mm D = 139.7mm
2.2 Composición y funcionam iento
135
Cálculo del espesor mínimo del fondo del cilindro
El espesor del fondo del cilindro también debe ser calculado para resistir la presión máxima. Como la unión del fondo al tubo se efectuará mediante soldadura, el espe sor viene determinado por la segunda expresión de Bach: ÍPmax
donde: h = espesor del fondo del cilindro Pmax = presión máxima de servido °adm = tensión admisible del material ds = diámetro interior de soldadura Para un diámetro interior de soldadura de ds = 130 mm, tenemos que:
h = 0.45 x ds x
= 0.45 x 130 x
= 14.2 mm
elegimos por tanto un espesor del fondo de 20 mm Cálculo del pistón a compresión
El pistón va a trabajar a compresión, por lo tanto es necesario verificar su comporta miento respecto a las fuerzas exteriores, haciendo un control de la resistencia del pistón a pandeo. Para ello utilizamos la expresión de Eulen ¿E
J = gs L2 Qr
donde: E = móduto de elastiddad (210 GPa) ] = momento de inerda de la secdón del pistón gs = factor de esbeltez de Euler L = carrera total del pistón (830 cm) Qx = carga total (1881 kg) Sustituyendo en el segundo miembro de la expresión: x2 E J = g9 L2 QT = 3x 8302 xl881 = 3 887 462 700 En la tabla siguiente se busca el valor de Jt2 E •J inmediatamente superior a éste:
136
Capítulo 2
.
Ascensores y montacargas
PISTÓN Dxd mm
Espesor mm
60x50
5
32.92
8.63
1.95
28.26
60x45
75
43.46
12.36
1.87
28.26
70x60
5 75
5421
10.20
2.30
38.46
8.02
1 122426 723
72.90
14.71
2.22
38.46
1157
1509 406 164
70x5
J cm4 '
ÍP2 ; cm
f?¿} ■ ■
i cm •,
Vf'
AP cm r.
Peso kg/m
^ • E .J
6.89.7
681613 867
'* * •- A íi*^ S *< :n ■si íTiú l n
899846 253
80x70
5
S3.16
11.77
2.65
50.24
927
1 721 841 105
80x65
7.5
11338
17.07
2.57
50.24
13.45
2347 551 040
90x80
5
120.94
13.34
3.01
63.58
105
2 504 082 050
90x75
75
166.66
19.42
2.92
63.58
1528
3450721965
100x90
5
168.72
14.91
3.36
785
11.73
3 493 374 595
100x85
75
234.51
21.78
3.28
785
17.15
4855567071
110x100
5 75
227.69
1648
3.71
94.98
12.96
4 714357 880
318.70
24.13
3.63
94.98
19.00
6598 734 492
383.81
19.62
4.42
132.66
15.42
7948917975
543.16
28.84
434
132.66
22.75
11 246 214 705
110x95 130x120 130x115
5 75
150x138
6
704.42
27.13
5.09
176.62
2135
14585 128 807
150x130
10
108151
43.96
4.96
176.62
M.6
22 413 542 751
180x160
10
1935.02
53.38
6.01
25434
42.5
40 064 898 703
200x180
10
2699.61
59.66
6.72
314
46.89
55 895 856 987
230x200
15
5879.69
10126
7.62
41526
79.59
121 739 922 200
donde: E = módulo elástico = 2 100 000 kg/cm2 J = momento de inercia = it (D4 - d4)/64 Ap = sección = rc D2/4 Fp = área de la corona circular = K (D2 - d2)/4 i = radio de inercia = Entonces: i r E J = 4855 567071
137
2.2 Composición y funcionam iento
por tanto el pistón tendrá un diámetro exterior de 100 mm y un diámetro interior de 85 mm, es decir un espesor de 7.5 mm. Una vez determinadas las dimensiones del pistón, se calcula su peso para ver si está ajustado al que hemos supuesto de 150 kg Peso = 8.30 m x 17.15 kg/m = 142.3 kg < 150 kg por tanto la hipótesis era correcta. Cálculo del espesor mínimo del fondo del pistón
Se calcula de la misma forma que el espesor del fondo del cilindro:
IPmax
[4
hj = 0.45 x d S|x J o aim = 0.45x85x^ £g = 9.3 mm Tomamos por tanto un espesor de 15 mm = hj Dimensiones finales del cilindro-pistón
Cilindro: Diámetro exterior del cilindro = 139.7 mm Espesor pared del cilindro = 5 mm Espesor del fondo del cilindro = 20 mm Pistón: Carrera máxima = 8.300 mm Diámetro exterior del pistón = 100 mm Espesor pared del pistón = 7.5 mm Espesor del fondo del pistón =15 mm Determinación de la presión de trabajo a suministrar por la bomba
La presión de trabajo a suministrar por la bomba vendrá dada por la expresión:
P, = (OrMp) x l .l donde: Pt = presión de trabajo a suministrar por la bomba Qp = carga tota] de cálculo (1881 kg) Ap = superficie hidráulica del pistón. Ap = (n x dpistón2)/4 = (itx 1002)/4 = 785 cm2
138
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Sustituyendo queda: Pt =
(Q t/ A p)
x 1.1 = (1881 /78.5)x 1.1.1 = 26.36 kg/cm2
Determinación del caudal a suministrar por la bomba
Se parte de la velocidad de la cabina, que será doble de la velocidad del pistón. El caudal de la bomba vendrá dado por: Cd = k •Ap •v donde: Cd = caudal a suministrar por la bomba en litros/min Ap = superficie hidráulica del pistón en cm2 v = velocidad deseada de la cabina en m/s k = coeficiente de conversión de unidades (para acción indirecta = 3, para acción directa = 6) Tomamos como velocidad deseada de la cabina v = 0.6 m/s. Entonces tenemos que: C¿ = k •Ap •v = 3 •78.5 •0.6 = 141.3 litros/min. Eligiendo una bomba estándar que proporcione un caudal de 150 litros/min, determinaremos la verdadera velocidad de la cabina (vr) será: vr = Cd/(3 •Ap) = 150/(3 •78.5) = 0.637 m/s Cálculo de la potencia máxima del motor absorbida a plena carga.
La potencia máxima del motor absorbida a plena carga, a proporcionar a la bomba será: P _
cj x p» 450 xtVj.
donde: P = potencia en CV C j - caudal proporcionado por la bomba en litros/min. p, = presión de trabajo en kg/cm2 % = rendimiento total de la bomba
139
2.2 Composición y funcionam iento
Suponemos un rendimiento de la bomba del 80%. Por tanto: CV jP . , 4 5 0 x tit
150x27 450 x 0.8
Elegiremos por tanto un motor de 13 CV que irá rígidamente acoplado a la bomba y sumergido en el depósito de aceite a fin de obtener el menor nivel de ruido. Determinación de la cantidad de aceite
Conocemos el diámetro interior del cilindro (130 mm) y el recorrido máximo del pistón es de 8300 mm. De esta manera podemos calcular el volumen de aceite que puede entrar dentro del cilindro. V ,= A ,h , donde: V! = volumen de aceite en el cilindro Aj = superficie de la sección interior del cilindro hj = recorrido total del pistón v
= 71 X dciUndro x . 1
4
i
_ tt x l;3~j_dm^ x 8 3 d m = n o dm3
4
V! = 110 litros
Se calcula seguidamente el volumen de aceite en la conducción, desde la central hidráulica hasta el cilindro. Para ello hacemos las siguientes hipótesis: • diámetro interior del conducto = 40 mm • longitud del conducto = 9000 mm El volumen será: V2 = A2 •h2 donde: V2 = volumen de aceite en la conducción A2 = superficie de la sección interior del conducto h2 = recorrido total del conducto
140
Capítulo 2
v
= rc* ^conducto x »
1
4
_
1
k x
Ascensores y montacargas
OA2 - d m : x 9 0 d m = 1 1 3 d m 3
4 V2 =11.3 litros
Por tanto el volumen máximo en circulación será: V = V, + V2 = 110 + 11.3 = 121.3 litros Con este dato establecemos las dimensiones del depósito de aceite, para una capacidad máxima de aceite de 190 litros y un volumen de aceite estacionario de 70 litros.
2 .2 .2 .6
Hueco
Siguiendo la denominación de la Norma EN 81, el hueco es el espacio, exclusiva mente destinado al desplazamiento del ascensor y del contrapeso, pero sin que pueda ser utilizado para ninguna otra instalación ajena al ascensor, como conducto res eléctricos, tuberías de agua, etc. También según la citada norma, se permite en el recinto, material que sirva para calefacción, excepto sus órganos de mando y reglaje que deben estar en el exterior. La directiva europea 95/16/CE señala que el ascensor deberá estar diseñado y fabricado de forma que sea imposible el acceso al hueco recorrido por el ascensor, excepto por los trabajos de mantenimiento y los casos de emergencia. Deberá impo sibilitarse la utilización ordinaria del ascensor mientras una persona se encuentre en dicho hueco. Durante un largo periodo de tiempo se han instalado los ascensores en los hue cos de las escaleras, convirtiendo la cabina, construida con maderas nobles y crista les biselados, en un elemento decorativo. Las protecciones que se colocaban, como prolongación de las barandillas, eran también más decorativas que eficaces, y toda vía quedan instalaciones de esta clase, en las que puede introducirse un brazo o una pierna, e incluso la cabeza a través de ellas. En los edificios actuales, no está permitida la instalación de ascensores en huecos de las escaleras ni patios. La instalación de aparatos elevadores en estructuras espe ciales, como torres metálicas, depósitos elevados, etc. requerirá autorización espe cial. Los inconvenientes de la utilización como recintos de los huecos de escaleras o a los patios, se radican en que deber ser totalmente recintos cerrados, con las paredes de superficie continua, y sin otras aberturas que las que exija el servicio de la instalación. Las paredes de los recintos deben ser de materiales que no originen polvo y tener la suficiente resistencia para soportar las reacciones de las guías ancladas en ellas, o por el descentrado de las cargas de la cabina y sobre todo por la actuación
22 Composición y funcionam iento
141
del paracaídas. Por lo menos deben resistir en cualquier punto una fuerza horizon tal de 3000 N sobre una superficie redonda o cuadrada de 5 cm2sin que se produzca una deformación elástica superior a 25 mm. Además deben ser incombustibles y sin revestimientos que puedan originar grandes volúmenes de gases y humos. En los ascensores industriales autorizados excepcionalmente con cabina sin puerta se deberán cumplir las siguientes condiciones: (a) La superficie de la pared frente a la puerta de la cabina tendrá un acabado duro y liso, pudiendo estar formado por chapas metálicas o materiales que den un aca bado semejante, no admitiéndose acabados con escayola, yeso o vidrio. (b) Los salientes, si existen, deberán ser inferiores a 5 mm redondeándose los cantos a 1 mm y provistos de chaflanes que forman un ángulo de 75* como mínimo con la horizontal. (c) En el caso de que las puertas de acceso de los pisos sean manuales, y la veloci dad de la cabina sea inferior a 0.30 m/s, se permite la colocación de tiradores embutidos, en la cara interna de la puerta y construidos de manera que su forma facilite el movimiento de la mano cuando la cabina se ponga en movimiento. La norma EN 81, precisa que la profundidad de la embutición no debe ser superior a 30 mm y su ancho no superior a 40 mm. Además las paredes de salida de la embutición hada arriba y hada abajo deben formar un ángulo mínimo de 60* y máximo de 75* con la horizontal.
(d) En los ascensores industriales instalados en locales industriales y utilizados exclusivamente por usuarios autorizados y advertidos cuya veloddad no sea superior a 0.30 m/s, puede admitirse como superfide continua del rednto frente a la puerta de la cabina, tejido metálico de 2 mm de grueso de alambre, en mallas de luz no superior a 320 mm; o vidrios de grueso mínimo de 5 mm en piezas de tamaño no superior a 0.5 m si son armados y a 250 mm si no lo son, sujetos con junquillos metálicos. Un rednto puede ser común para varios aparatos elevadores. En este caso, debe existir un elemento de separación en toda la altura del rednto entre los elementos de los aparatos elevadores contiguos. En la Norma EN 81 se predsa que las separariones deben ser de 250 m de altura, pero pueden instalarse a partir de separadones de las partes móviles de ambos ascensores, de 030 m y tener la anchura necesaria para la protecdón, aumentada en 0.1 m a cada lado, en lugar de dividir totalmente el recinto como se indicaba en el Reglamento español. La Norma EN 81 no admite que el contrapeso esté en rednto separado de la cabina. Dice textualmente: "El contrapeso debe hallarse en el mismo hueco que la cabina". También la atada norma predsa que si el recinto está endma de pasos o
142
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
lugares accesibles a personas, la resistencia mínima del fondo del foso debe ser de 5000 N /m2 y además se debe instalar paracaídas como en el Reglamento español. Los recintos de los ascensores llevan únicamente cinco clases de aberturas: (a) Las de las puertas de acceso de los pisos (b) Las puertas de socorro y las puertas y trampillas de visita (c) Las aperturas de emergencia para la evacuación de gases calientes y humos en caso de incendio (d) Las aperturas de ventilación (e) Las aperturas para el paso de cables, entre el tedio del rednto y el suelo del cuarto de máquinas o poleas, que deben estar provistas de manguitos pasacables que sobresalgan del suelo por lo menos 50 mm Si la distanda entre los umbrales de dos puertas de acceso de piso consecutivas, es superior a 10 m debe disponerse entre las dos una puerta de socorro para evacuar los pasajeros si lo hiciese necesario alguna avería. La Norma EN 81 recomienda una altura de 1.80 m y una anchura mínima de 035 m. Las puertas y trampillas de visita tienen por objeto hacer accesible para la inspección o reparación algún elemento del ascensor de difícil acceso por otros medios. Las puertas de visita según la dtada norma deben ser como mínimo de 1.40 m de altura y 0.60 m de anchura. Y las trampillas de visita como mínimo de 0.50 x 035 m. Las caraderísticas que deben reunir tanto las puertas de socorro como las puer tas y trampillas de visita son las siguientes: (a) Deben abrir hada afuera del hueco (b) Deben ser metálicas, lo mismo que sus cercos (c) Deben ser de superfide continua y lisa (d) Deben tener la misma resistencia mecánica que las puertas de acceso de los pisos (e) Deben estar dotadas de cerraduras con llave, que permitan su cierre y endavamiento presionándolas desde afuera del rednto y en cambio puedan abrirse sin llave desde el interior del recinto (0 Finalmente deben ir equipadas de un endavamiento eléctrico de la serie general de puertas que impida el funcionamiento del ascensor cuando esté alguna puerta abierta. La Norma EN 81 admite el fundonamiento del ascensor con un registro de visita abierto para operadones de conservadón.
22 Com posición y funcionam iento
2.2.2.6.1
143
Foso
La parte inferior del rednto, por debajo del nivel de la última parada, se denomina foso. El suelo del foso debe ser liso y sensiblemente a nivel. Como en numerosas ocasiones el nivel inferior del foso está por debajo del nivel de la calle, debe imper meabilizarse para evitar filtraciones de agua. En el foso se sitúan los topes o amortiguadores para frenar el descenso de la cabina en caso de fallo de los mecanismos de parada automática y fines de carrera y para disminuir en lo posible los efectos de su caída libre, en caso de rotura de cables. La profundidad del foso ha de ser suficiente para que cuando la cabina se encuehtre sobre los amortiguadores totalmente comprimidos, aún quede espado libre de una altura igual o superior a 0.50 m, sufidente para que pueda quedar a salvo un hombre, en el espacio disponible bajo la cabina. La Norma EN 81 es más predsa y dice que debe quedar un espacio para alojar un paralelepípedo recto de 0.5 x 0.6 x 0.8 m que se apoye sobre una de sus caras. En el montacargas, en el caso en que por las dimensiones del recinto no haya hueco sufidente para alojar un hombre en las condidones anteriores, deberá insta larse en el foso un dispositivo (puede ser un interruptor) de parada de emergenda del montacargas. La Norma EN 81 recomienda para ascensores y montacargas la instaladón en el foso de un interruptor de parada de emergencia y una toma de corriente: (a) El interruptor situado en el interior dd foso y junto a la puerta de acceso para poder acdonarlo desde fuera, cortará la serie general de puertas y mantendrá parado el ascensor hasta que se acdone en sentido contrario. Para que no haya error deberá estar señalizada la posición de parada con un stop. 0)) Una toma de corriente eléctrica para conectar alguna lámpara o herramienta portátil. El acceso al foso puede efectuarse por dos procedimientos: (a) Por medio de una abertura especial en el recinto, cuya puerta metálica de alma llena, deberá abrirse hada afuera y estar dotada de una cerradura eficaz que per mita su derre desde el exterior sin llave, presionándola y abrirse desde el inte rior sin llave. Además llevará un interruptor intercalado en la alimentadón de la maniobra que impedirá el fundonamiento del ascensor cuando la puerta esté abierta. (b) Por la puerta más baja de acceso al rednto, en cuyo caso estará dolada de un enclavamiento que impida cerrarla, si la cabina no se encuentra frente a ella. (c) Cuando la profundidad del foso, desde el umbral de la puerta de acceso, sobre pase los 1.30 m debe instalarse una escalera fuera del gálibo del foso, para per mitir al personal encargado de la conservación del ascensor, un descenso cómodo y sin riesgo, al nivel del piso del foso.
144 2 .2 .2 .6 .2
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Cabina
La cabina es el elemento portante del aparato elevador, y generalmente está for mada por dos elementos principales: un bastidor y una caja. Las principales innova ciones en la cabina están llevándose a cabo en el capítulo de nuevas tecnologías y nuevos materiales. Ya son comerciales las construcciones modulares de material plástico y estructura sándwich. En un futuro próximo se espera tener disponibles bastidores de nuevos materia les con ahorros de peso estimados en un 50% respecto al bastidor tradicional metá lico. La directiva europea 95/ 16/CE indica que las cabinas deberán estar dotadas de un equipo de comunicación bidireccional que permita una comunicación perma nente con un servicio de intervención rápida. También la citada directiva señala que las cabinas deberán diseñarse y fabricarse de manera que garanticen una ventilación suficiente para los ocupantes, incluso en caso de parada prolongada. Finalmente, se cita que la cabina deberá disponer de una iluminación suficiente que se ponga en marcha cuando se utilicen o cuando tengan abierta una puerta y que contarán con iluminación de socorro. Las partes principales de la cabina son: (a) El bastidor de acero es el elemento resistente al que se fijan los cables de suspen sión y el mecanismo del paracaídas. El bastidor debe ser robusto, calculado con un coeficiente de seguridad mínimo de 5, para resistir las cargas normales y las que puedan producirse al entrar en funcionamiento el paracaídas y que dar acuñada bruscamente la cabina. El coeficiente de alargamiento del acero
Figura 2.65 Esquema de cabina y bastidor o armadura.
22 Com posición y funcionam iento
145
empleado en la construcción de la cabina será 450 - R/2, siendo R la resistencia a la rotura del acero en MPa. No se permite el empleo de hierro fundido en los elementos sometidos a esfuerzos de tracción. Las uniones se efectuarán por remachado o pernos múltiples con arandelas de seguridad o pasadores. Tam bién pueden utilizarse las soldaduras, que deben comprobarse si no ofrecen plenas garantías. (b) La caja fijada sobre el bastidor es el elemento portante propiamente dicho. Esta caja debe estar totalmente cerrada por paredes, piso y techo de superfi cie continua o llena, salvo la abertura. Las paredes, suelo y techo deben estar constituidos por materiales preferiblemente metálicos o por otros materiales de resistencia mecánica equivalente que además sean incombustibles, y con servar su resistencia mecánica en caso de incendio, sin producir gases ni humos. Resistencia mecánica de la cabina La directiva europea 95/16/CE señala que la cabina deberá estar diseñada y fabri cada de forma que su espacio y resistencia correspondan al número máximo de per sonas y a la carga nominal del ascensor fijada por el instalador. Cuando el ascensor se destine al transporte de personas y sus dimensiones lo permitan, la cabina estará diseñada y fabricada de forma que, por sus características estructurales, no dificulte o impida el acceso a la misma o su utilización por minus válidos, y permita toda adaptación destinada a facilitar su utilización por esas per sonas. El conjunto del bastidor, y de las paredes, suelo y techo de la caja deben tener la suficiente resistencia, para soportar sin deformarse la carga normal y demás las fuerzas de inercia que se produzcan por la actuación del paracaídas o por el impacto de la cabina sobre sus amortiguadores. La Norma EN 81, precisa que las paredes de la cabina deben resistir sin deforma ción elástica superior a 15 mm la aplicación en cualquier punto, y perpendicularmente sobre una superficie de 5 cm cuadrada o redonda, una fuerza de 300 N. El techo de la cabina ha de soportar sin romperse ni deformarse permanente mente el peso de dos hombres. La Norma EN 81, confirma que el techo debe resistir el peso de dos hombres pero concreta que la carga mínima equivalente debe ser de 2000 N. Dimensiones y carga de ¡a cabina La altura inferior de la cabina deberá ser como mínimo 2 m, y la de su puerta o puertas 1.90 m. En la Norma EN 81, se fija la altura de las puertas de la cabina en 2 m.
146
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Por cada persona más, se añadirán 0.12 m2.
Para evitar que puedan embarcar un número de pasajeros superior a los que per mita la carga del ascensor, el Reglamento establece una relación entre la superficie del suelo de la cabina y el número de pasajeros, de acuerdo con la Tabla 2.8. La carga mínima que se debe prever es de 75 kg por persona, pero no hay incon veniente en que los constructores prevean una carga mayor por persona. Así, hay constructores que, los ascensores para 4 personas, los proyectan para cargas de 320 kg, o sea, 80 kg por persona. Los ascensores industriales (para personas y carga) exclusivamente destinados a usuarios advertidos o autorizados pueden tener una superficie de cabina superior a las señaladas en la Tabla 2.8, siendo entonces el encargado del servicio ordinario del ascensor, el responsable de que no rebase el número de pasajeros la carga máxima autorizada. Las cargas señaladas en el cuadro se han calculado a razón de 75 kg por persona. Los limitadores de carga se instalan siempre en los ascensores con maniobra colectiva. Esta maniobra, hace parar automáticamente la cabina en todos los pisos en que es solicitada, por llevar un registro de llamadas. En cuanto la carga llega al 80% de la máxima permitida el limitador impide la parada de la cabina, en el resto del recorrido, aunque tenga llamadas pendientes que atender, hasta que se produzca una descarga de pasajeros en alguna de las
22 Composición y funcionam iento
147
paradas ya programadas. Si por utilizar el elevador demasiados usuarios se llega a cargar la cabina por encima del 110% de su carga máxima, el ascensor no arranca, suena un señal y se enciende un rótulo luminoso que avisa que la carga es excesiva. Hasta que no se aligera la carga por debajo de la permitida, el ascensor no arranca. La Tecnología del sándwich y los nuevos materiales Cada vez son más numerosas las empresas constructoras de ascensores, en este momento, la mayoría son centroeuropeas, norteamericanas y japonesas, que están implantando materiales estructurales ligeros en sus cabinas y chasis. Las ventajas son: • Menores costes de fabricadóa al ser elementos prefabricados. • Cabinas más ligeras. La densidad de los nuevos materiales compuestos es 2 kg/dm3. • Mayor resistencia. La resistencia de los nuevos materiales compuestos está sobre los 600 MPa.
148
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
• Cabinas más rígidas. La tecnología sándwich, compuesta por dos pieles muy delgadas y un núcleo muy ligero constituye una tipología con una elevada rigidez específica. • Menor coste de mantenimiento. Los nuevos materiales compuestos no están sometidos a corrosión ni degradación ambiental. En la bibliografía se puede encontrar más información. 2.2.2.6.3
Contrapeso
El contrapeso tiene como objeto equilibrar el peso de la cabina y de una parte de la carga nominal, que suele estar en torno al 50%. De esta forma, se reduce considera blemente el peso que debe arrastrar el grupo tractor, disminuyendo así la potencia necesaria para elevar la cabina. El esquema anteriores válido cuando la altura del edificio no es muy alta y por lo tanto, el peso del cable es despreciable y no se dispone de cable de compensación. Por el contrario, si el edificio es de gran altura, hay que llevar a cabo el siguiente desarrollo:
Cálculo del contrapeso En relación con la Figura 2.67 donde se muestra el esquema de un edificio de gran altura, el cable de tracción y el de compensación, el equilibrio de fuerzas se puede representar mediante la ecuación 2.70: (Qb
+ V Q u)g n + (H -z ) mL gn + z m k -gn + y - me -gn = = Qc •gn + z ■m L ' gn + (H - z) mk - gn
(2 70)
Se puede establecer de forma simple la rotación entre las variables y, z: z y = 2 sustituyendo esta última igualdad en la ecuación 2.70 resulta: Qb
+ V ' Qu + H •mL + z(mk - mL + me/2) = Q . + H •mk + z(mL - mk)
(2.71)
La ecuación 2.71 debe cumplirse para cualquier posición de la cabina, por lo tanto se pueden igualar los términos que no contienen la variable z, resultando: Qb + V'Qu + H m L = Qc + H r n k
(2 72)
2.2 Composición y funcionamiento
149
a sO
y n\
Qc
i— 4 ( • I
mk
\W J
Figura 2.67 Contrapeso y esquema de cálculo de contrapeso.
y realizando la misma operación para los términos que multiplicaban a z, queda: m k - m
L+
me/2 = m
L ~ m jt
(2.73)
La ecuación 2.73 permite obtener el peso por unidad de longitud del cable de com pensación: = mL—me/4
(2.74)
y finalmente sustituyendo la ecuación 2.74 en la expresión 2.72, resulta una relación entre el contrapeso y el peso de la cabina, la carga útil, la altura y el peso por unidad de longitud del cable de maniobra: Qc = Qb + V Q u
+ H m e/4
(2.75)
150
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Cable de suspensión
Figura 2.68 Esquema de contrapeso.
Los contrapesos están constituidos por bloques de fundición o de hormigón. En cualquier caso, los bloques deben estar unidos por tm bastidor o como mínimo por dos tirantes de acero (norma EN 81), calculados para trabajar con un coeficiente de seguridad de 5, al menos, y un alargamiento de valor 450 - R/2, siendo R la resis tencia a rotura del material en MPa. Las uniones del bastidor deberán estar soldadas, remachadas o fijadas con per nos múltiples con pasadores en las tuercas (Norma EN 81).
Ejercicio 2.9 Enunciado Calcular el peso del contrapeso de un ascensor para 8 personas, sabiendo que el peso de la cabina es de 700 kg y que el peso unitario de los cables conductores es de 2 kg/m. La altura a la que va a acceder el ascensor es de 32 metros. En el caso de que se instale un espejo en el interior de la cabina de 100 kg ¿cuáles son las acciones a realizar? ¿De qué manera influye el coeficiente de com pensación en cada caso?
Solución Como tenemos todos los datos calcularemos en primer lugar el peso de la carga a elevar. Para ello supondremos de 75 kg. El peso de cada una de las perso nas, por ello la carga útil será: Qu = 8 x 75 = 600 kg
2.2 Composición y funcionam iento
151
Sabiendo que el recorrido de la cabina es de 32 metros, y aplicando la ecuación (2.75), obtenemos el peso del contrapeso: Qc = Qb + V •Qu + H •me/4 = 700 + 0.5 x 600 + 32 x 2/4 = 1016 kg
Para este caso hemos supuesto que el coeficiente de compensación de carga es del 50%. En el caso de que se instale un espejo de peso de 100 kg en el interior de la cabina, lo que sucede es que el peso de la cabina se ve incrementado en un 15%, lo que repercute en el equilibrado de los cables y por lo tanto en el grupo tractor. Las acciones a tomar pueden ser varias, pero en primer lugar es necesario recalcular cual debería de ser el nuevo peso del contrapeso: Qb‘ = Qb + Qespejo = 700 + 100 = 800 kg Aplicando de nuevo la ecuación (2.75): Qc’ = Qb’ + H»•Qu + H •rrv/4 = 800 + 0.5 600 + 32 x 2/4 = 1116 kg
Lo que supone un incremento en el peso del contrapeso del 10%. Las acciones a tomar por lo tanto podrían ser; o aumentar el peso del contrapeso, lo que llevaría consigo el recálculo de los cables, el grupo tractor, adherencia en poleas, frenos, etc., o reducir la capacidad de carga de la cabina lo que supondría no modificar el peso del contrapeso. En el caso de reducir la capacidad de carga de la cabina, aplicando la misma ecuación: Qu' = (Qc -Q b' ~ H •me/ 4)V = (1016 - 800 - 32 x 2/4)/0.5 = 400 kg
Lo que supone que el número de personas se vería reducido a: N* pasajeros = Qu /75 = 400/75 = 5.3 Como se puede ver la reducción en la carga de pasaje es del 40% aproximada mente, lo cual es bastante elevado. Como se ha mencionado anteriormente el valor del coeficiente de compensación de la carga suele estar comprendido entre un 45% y un 50%. En este caso el valor del coeficiente de compensación variando desde 45 a 50% da lugar a los siguientes valo res del resto de las variables:
Capítulo 2
152
Ascensores y montacargas
V carga
«w%>
Qc
Qc’
Qu'
N" pasajeros
A contrapeso
45
986
1086
377.78
5.04
9.21%
37.04%
455
989
1089
380.22
5.07
9.18%
36.63%
46
992
1092
382.61
5.10
9.16%
36.23%
465
995
1095
384.95
5.13
9.13%
35.84%
47
998
1098
387.23
5.16
9.11%
35.46%
4 75
1001
1101
389.47
5.19
9.08%
35.09%
9.06%
3472%
48
1004
1104
391.67
5.22
485
1007
1107
393.81
5.25
9.03%
3436%
49
1010
1110
395.92
5.28
9.01%
34.01%
4 95
1013
1113
397.98
531
8.98%
33.67%
1116
400.00
533
8.%%
3333%
50
1016
Realizando un estudio con diferentes valores de este coeficiente se pueden obte ner como conclusiones que el incremento del peso de la cabina reduce considerable mente la capacidad de la cabina pero que la variación del coeficiente tiene una influencia mínima.
2 .2 .2 .6 .4
Guías y fijación de guías
Las guías conducen la cabina en su trayectoria exacta y le sirven de apoyo en caso de rotura de los cables, por lo que deben tener una resistencia de acuerdo con el peso total de la cabina más carga y estar perfectamente alineadas. También el contrapeso tiene guías, que en general no tienen más misión que con ducirlo, aunque en algunos casos, como se verá más adelante, deben también sopor tarlo en caso de rotura de los cables de la suspensión. Los amortiguadores juegan también un papel activo, deteniendo a la cabina lo más suavemente posible, en caso de rebasar, por cualquier causa, la última parada en su descenso, y no funcionar los interruptores de fin de carrera.
Guías de la cabina El desplazamiento de la cabina se asegura por medio de guías rígidas, preferible mente en forma de T (Figura 2.69 superior), y perfectamente calibradas y endereza das, en tramos empalmados con placas adecuadas. Pueden utilizarse también otras secciones como la V invertida (Figura 2.69 inferior).
2.2 Composición y funcionam iento
153
Figura 2.69 Esquema de h s guías más usuales.
Las guías de sección circular no son recomendables, pues el agarre de las zapatas de los paracaídas tiene lugar a lo largo de dos generatrices del cilindro de las guías con muy poca superficie de contacto. En cambio, utilizando guías en T las superfi cies de contacto son las dos caras de cada guía.
Condiciones que deben cumplir las guías (a) La sección de las guías deberá ser suficiente para soportar, con un coeficiente de seguridad igual o mayor que 10, el esfuerzo de frenado de la cabina al ser dete nida por el paracaídas. (b) Deberán, además, resistir sin deformarse más de 3 mm los empujes horizontales que les produzcan las excentricidades de la carga de la cabina. (c) La fijación de las guías al edificio por medio de bridas se hará de manera que permita la compensación automática o por medio de sencillos ajustes, del acorta miento de la obra producida por los asientos, y contracción del hormigón. Se recomienda la instalación de las guías suspendidas, cuyo propio peso favorece el mantenimiento de la alineación inicial. (d) La tolerancia máxima en el paralelismo de las guías será de 5 mm, cualquiera que sea el recorrido del ascensor.
154
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Normalmente se utilizan para las guías de cabina las secciones 1-70/9 e 1-90/16, cuyas cotas están descritas en la Tabla 2.9, estando definidas las variables de cota en la Figura 2.69.
- M TIPO
a mm
> 9 .C Q ta s d e | i óníac b mm ±0.1
d mm
f mm
R mm
c mm ±005
1d ji 8
6
10
8
1-70/9
70
65
9
6
1-90/16
90
75
16
8
Sección
Peso kg/m
34
937
7.30
42
16.90
1325
h mm
.« i ‘-i i -í: r&i
Las características mecánicas de las secciones (1-70/9 e 1-90/16) están represen tadas en la Tabla 2.10.
155
2.2 Composición y funcionamiento
:
¡. • TIPO
- Sección (cm2)
* . slicás mee an.cas.Je las gllías de ' -hs. Peso (kg/m)
e cm 1
e 1-90/ 16)
Momentos de inercia (cm4)
Módulos de resistencia de la sección (cm3)
Ix
iy
Wx
Wy
ix
»y
Radío de giro (cm)
I-70/9
937
730
1.95
41.1
19.1
9.20
5.41
2.80
1.42
1-90/16
16.90
13.25
2.65
102
57.7
212
12.8
245
133
Cálculo de las guías Las guías de los ascensores deben tener la suficiente resistencia mecánica para sopor tar sin romperse ni sufrir deformaciones permanentes dos clases de esfuerzos: (a) El empuje horizontal, debido a posibles excentricidades de la carga. (b) El esfuerzo de frenado, que puede transmitir a las guías la cabina al ser detenida por el paracaídas, brusca o progresivamente, según sea éste de tipo instantáneo o progresivo. a) Empuje horizontal
Se supone que la mitad de la carga máxima de la cabina (Qu/2), se sitúa a una dis tancia desde la proyección vertical del centro de inercia de la carga al plano de sime tría de la cabina igual a 1 /4 de la anchura de ésta (a/4) (Figura 2.71).
Figura 2.71 Empuje horizontal sobre las guías,
producido por la excentricidad de la carga.
156
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
guías, producido por el acuñamiento brusco de la cabina al actuar el paracaídas.
El momento de vuelco producido por la citada carga, debe ser contrarrestado por la reacción (R^) de las guías sobre una rozadera, multiplicada por la distancia a la otra rozadera (d). Es decir:
~2
a _ R , 4 ~ Rh d'
R - 5^x2 Rk - 8 d
(2.76)
La flecha producida por el empuje horizontal R^ sobre las guías en el tramo lk limitado por dos apoyos de éstas, siendo I el momento transversal del perfil en T de las guías será: f =
Rh !k 48.E.I,
(2.77)
siendo E el módulo de elasticidad. El Reglamento de Aparatos Elevadores Español, limita la flecha que puede pro ducirse, en las condiciones establecidas a 3 mm (f < 3 mm).
2 2 Composición y funcionam iento
157
b) Esfuerzo de frenado
El esfuerzo que tiene que soportar cada guía cuando la cabina es detenida por el paracaídas (Figura 2.72), se compone de las siguientes cargas parciales: 1. Peso de la propia gufa. 2 Mitad del peso total de la cabina (su peso más carga). 3 Mitad de la fuerza de inercia producida por la masa total de la cabina (la suya y la de carga), al detenerse. Si denominamos: H ’k Qbe Qu V
a »f 8
la altura total del recorrido el tramo de guía comprendido entre dos apoyos el peso de la guía por metro lineal es el peso de la cabina vacía y del ramal del cable de maniobra y elemen tos de compensación, si los lleva, suspendidos de la cabina (en kg) la carga nominal (en kg) la velocidad nominal de la cabina. la deceleración de la cabina desde la iniciación del frenado hasta que se detienen el tiempo que dura la deceleración la aceleración normal de la gravedad
El esfuerzo sobre cada guía al frenar la cabina estará compuesto de las siguientes cargas parciales: 1. Peso del tramo de guía entre dos apoyos: mg •lk 2 Mitad del peso total de la cabina, cables y carga: 112 (Qu + Qt*) 3 Mitad de la fuerza de inercia:
5 ---------------- a 8n
Por tanto el esfuerzo total Rv será:
5 R, = ny l k + l/2+ ------ ---------a = on
= mg. , k + í 2 !lÍ S ü l> [ (iL ) + 1]
(2-78)
15«
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Si suponemos una deceleración media a uniforme de frenado de la cabina, pode mos calcularla en función del tiempo de frenado tf, y de la velocidad vp en que se inicia la acción del paracaídas por la fórmula:
~
í
y sustituyendo en (2.78)
De esta fórmula se conoce: mg 1^ Qbe Qu Vp
que es el peso por metro de la guía que es la longitud de guía entre apoyos que es el peso de la cabina, cable de maniobra y cables de compensación si los lleva que es el peso de la carga útil que es la velocidad a la que debe actuar el paracaídas, que viene fijada en el Reglamento.
Queda por fijar el tiempo de frenado que el Reglamento español no da. Sólo indica que la deceleración no podrá exceder de 2.5 gn. Se pueden por tanto calcular los tiempos de frenado en función de la velocidad vp y la deceleración máxima 2.5 gn por la fórmula:
*f = 23 %; Podemos sustituir el valor de a, o sea 2.5 gn directamente en (2.78) obteniéndose: Rv = m - lk ♦ (Qu* Qbe> x ^
= mg lk ♦ 1.75(QU+ Qbe)
(2.80)
on
En la fórmula anterior no hemos considerado más que la longitud de guía 1^, comprendida entre dos apoyos consecutivos. Sin embargo, cuando se colocan guías suspendidas, los anclajes deben permitir un deslizamiento longitudinal de las guías, para que no se deformen con las contracciones en la altura del edificio, como ocurre cuando los anclajes son rígidos. En este caso debe considerarse gravitando en la sección más débil de la guía todo el peso de ésta. Si H es la longitud total de cada guía, la fórmula (2.80) se convierte en: Rv = mg H + 1.75 (Q„ + 0 **)
(2.81)
22 Composición y funcionam iento
159
Sin embargo nos damos cuenta que la simplificación de considerar como decele ración 2.5 gn es cómoda y de más garantía que la suposición en general arbitraria de tiempos de frenado, como hacen muchos ascensoristas, pero dista mucho de ser satisfactoria. En primer lugar, la deceleración máxima de 2.5 gn la admite el Reglamento para ascensores de velocidades superiores a 0.80 m/s pero no pone ningún límite a las deceleraciones de los ascensores de velocidad hasta 0.80 m/s que son muy superio res a 2.5 gn cuando utilizan, como está permitido, paracaídas instantáneos Por eso la Norma EN-81, fija directamente la fuerza en newtons, sobre cada guía según el tipo de paracaídas en los siguientes valores: (a) Paracaídas de acción instantánea 1. Que no sean de rodillos (de cuña, etc.) 25 (Qu + Q^) nevvtons 2 De rodillos 15 (Qu + Q ^) newtons (b) Paracaídas de acción progresan 10 (Qu + Q^) newtons Como 1 kg de fuerza es aproximadamente igual a 10 newtons (9.8) y las reaccio nes Ry de (2.81) las habíamos calculado en kg, el término 1.75 (Q u + Qbe) de la fuerza correspondiente a la actuación del paracaídas será en newtons: 1.75 (Qu + Qbe) en kg = 17.5 (Qu + O^,) en newtons Resulta por tanto el coeficiente de (Qu + Q^), calculado por nosotros es parecido a los propuestos por la Norma, pero, como habíamos supuesto, resulta inferior para los paracaídas instantáneos de cuña y excesivo para los paracaídas progresivos por lo que adoptaremos los coeficientes de la Norma quedando las fórmulas (2.80) y (2.81) así:
Para guías apoyadas Para paracaídas instantáneos de cuñas: Rv = mg •lk + 25 (Qu + Qbe) en kg
(2.82)
Para paracaídas instantáneos de rodillos Rv = mg •lk + 1.5 (Qu + Qbe) en kg
(2.83)
Para paracaídas progresivos: Rv = mg •lk + (Qu + Qbe) en kg
(2.84)
160
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Para guías suspendidas Para paracaídas instantáneos de cuñas Rv = mg •H + 2.5 (Qu + Qbe)en kg
í2-85)
Para paracaídas instantáneos de rodillos Rv = mg - H +15 (Qu + Q^.) en kg
(2.86)
Para paracaídas progresivos Rv = mg •H + (Q„ + Qbe) en kg
(2.87)
Cálculo a compresión de las guías apoyadas El esfuerzo de frenado puede ser soportado por las guías a compresión o tracción. Si se consideran trabajando a compresión, se calcula su resistencia como barras comprimidas en tramos de longitud lk entre dos apoyos consecutivos, y libremente articulados en sus dos extremos. En este caso se aplica la fórmula correspondiente de Eulen ti2 •E I R'v = ------- ”22 Jk
(2.88)
Siendo E el módulo de elasticidad 210 000 MPa Imjn el momento de inercia mínimo del perfil de la guía; Esta fórmula es válida para una esbeltez X. cuya expresión es:) L (longitud entre apoyos) X = —j r - r — ------- —------7-:----- inferior a 250 i (radio de giro mirumo del perfil) Si la esbeltez es mayor, se considera la barra inaceptable para el trabajo a com presión. Cálculo a tracción de las guías suspendidas Si se consideran las guías suspendidas, y trabajando a tracción, su resistencia será igual a su sección por la carga de rotura del acero dulce del que generalmente están laminadas las guías y que es 45 kg/mm2, o sea: R’v = 45 kg/mm2 x S mm2
(2.89)
161
22 Com posición y funcionamiento
Si las guías están formadas por varios tramos, y éstos están unidos por placas atornilladas, habrá que considerar la sección del empalme por si su sección es infe rior a la de la guía, y tener en cuenta la sección más pequeña. También hay que tener en cuenta, a los mismos efectos, el sistema de suspensión de las guías. Desarrollo del cálculo de las guías Una vez calculado el esfuerzo de frenado Ry mediante las fórmulas (2.82) a (2.87) para guías apoyadas: Rv = mg ■lk + j (Qu + Qte) y para guías suspendidas: Rv = mg •H + j (Qu + Q^) Se calcula la resistencia de las guías, si están apoyadas a compresión por la fór mula (2.88) o si están suspendidas se calculan a tracción por la fórmula (2.89). V como el coeficiente de seguridad que debe aplicarse es 10, si la resistencia que tienen las guías a compresión o a tracción, según trabajen apoyadas o suspendidas, R'v es superior a 10 veces el esfuerzo de frenado Ry las guías serán válidas. Si es inferior habrá que reducir la distancia entre los apoyos lk, si las guías están apoya das, o elegir para ellas perfiles mayores, en cualquier caso. Guías de contrapeso Las guías de los contrapesos se construyen también en perfiles T, similares a los uti lizados para las guías de las cabinas. En el caso de que se instale paracaídas en el contrapeso, por encontrarse el recinto en la vertical de lugares accesibles a personas, deberán calcularse las guías del contrapeso para que resistan con un coeficiente de seguridad igual a 10, el esfuerzo de frenado producido al actuar el paracaídas, igual que se hace con las guías de la cabina. En este caso se acostumbra a instalar guías iguales a las de la cabina. Cuando las guías del contrapeso no tienen más misión que conducirlo se utilizan a veces cables tensados para guías con las siguientes limitaciones: Altura máxima del recinto Velocidad máxima Carga nominal máxima Diámetro mínimo de los cables guía Carga mínima de rotura de los cables guía Número mínimo de cables guía
5m m/s 500 kg 8 mm 700 MPa 2
162
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Naturalmente los cables guía, deben conducir el contrapeso en una perfecta tra yectoria vertical, igual que las guías rígidas, sin oscilaciones en su desplazamiento, y desde luego, sin que en ningún momento haga contacto el contrapeso con las paredes del recinto o con otras partes de la instalación. La Norma EN 81, no admite el guiado con cables del contrapeso. Dice textual mente: "La cabina y el contrapeso deben ser guiados cada uno por guías rígidas de acero''.
Esfuerzos de flexión sobre las guías El análisis tensional llevado a cabo por Janovsky en 1981 [10], reveló que el hecho de calcular las guías a pandeo en el plano de rigidez menor de la guía debe tenerse en cuenta en elevadores de baja capacidad de carga, pero no es importante en mon tacargas y en ascensores de media y alta capacidad de carga. Janovsky consideró que la guía era una viga continua con un numero variable de apoyos. De hecho, la fuerza de frenada cuando se acciona el limitador de velocidad actúa en un eje longitudinal paralelo a la guía pero en una posición excéntrica creando un momento flector adicional a la fuerza de compresión, siendo esta solici tación combinada, la crítica en montacargas y ascensores de media y alta capacidad de carga.
m .
w ü 3a ■ f p mm
mm ±0.}
i-ít». -avJ.'-KaU •ir'Si- ..jo.1 it-J, 1-45/5
45
45
® §
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6
6
¡$$ír V ? 3.■*u r mm
55
Momentos de inercia
Ü Ü mm
25
v.t- i
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cm*
J i ' kg/m • 5
Jn * ^ 'f.
\ i -J-. -fi .
4.70
3 50
163
2.2 Composición y funcionam iento
En la Figura 2.73 se representa el diagrama de cargas sobre las guías. Las fuerzas pueden calcularse según las expresiones siguientes:
F
.
Q u x 8 n x<; y
a-----
(2.90)
_ Q „ x g „ x e ,x (a + 2 e r ) 2d x a
'
'
La flecha total de una guía debe calcularse teniendo en cuenta la superposición de las flechas parciales originadas por cada fuerza individual.
164
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Apoyos sobre las guías Tanto la cabina como el contrapeso deben ir equipados en su parte superior e infe rior de unos apoyos que tienen como misión servir de enlace entre el elemento móvil, cabina o contrapeso y la guía. Se distinguen dos tipos de apoyos: (a) apoyos deslizantes (b) apoyos mediante rodillos Apoyos deslizantes Se utilizan en elevadores de velocidad inferior a 2 m/s. Los apoyos son de acero, disponiendo en la superficie de contacto con el carril de un material de bajo coefi ciente de rozamiento para disminuir la oposición al movimiento de cabina y contra peso. En estos casos se utiliza neopreno o nylon. Los carriles deben ser lubricados para disminuir las fuerzas de rozamiento entre guía y apoyo. Normalmente se utilizan lubricadores automáticos de grasa o aceite pesado. El flujo es regulado mediante un tomillo de ajuste. Este tipo de apoyo presenta problemas en su lubricación ya que resulta extrema damente difícil mantener unas condiciones de trabajo constantes en las superficies de contacto guía-apoyo dado que siempre se acumulara suciedad, polvo, variacio nes de temperatura, humedad etc; lo cual hará cambiar las condiciones de estas superficies y por lo tanto de la lubricación.
Figura 2.74 Apoy'os mediante rodillos con bases de caucho.
165
2.2 Com posición y funcionam iento
Apoyos mediante rodillos Estos apoyos se utilizan en ascensores de alta velocidad y también cada vez más en aquéllos de velocidades bajas ya que su silenciosa marcha y la mayor eficiencia de la rodadura frente al deslizamiento en términos de rozamiento justifica su uso. Estos apoyos se componen de tres rodillos que están en contacto permanente con las guías ya que otros tantos resortes o bases de caucho los mantienen presiona dos. Dado que estos rodillos son de caucho o poliuretano, el ruido y las vibraciones son mínimas siendo su rodadura óptima en términos de potencia.
-- * , , Tabla 2.13 Coeficiente w de aum ento de las cargas a pandeo en fundó n de X piara el - - : •‘' £- i - * acero de 3 7 0 MPa para calidades de acero de resistencia intermedia se detern, «na e !/ ; valor de w por inlerpoíación lineal. Los valores de \ se leen: las decena s en ver t jc a í y las unidades en horizontal — VX 0 2 4 1 3 5 6 7 8 9 1 20
30 40
1.04 1.08 1.14
1.04 1.09 1.14
1.04 1.09 1.15
1.05 1.10 1.16
1.06 1.10 1.16
1.06 1.11 1.17
1.07 1.11 1.18
1.07 1.12 1.19
i.07 1.13 1.19
1.08 1.13 120
20 30 40
50 60 70 80 90
1.21 1.30 1.41 1.55 1.71
1.22 131 1.42 156 1.73
1.23 132 1.44 1.58 1.74
123 133 1.45 159 1.76
1.24 1.34 1.46 1.61 1.78
1.25 135 1.48 1.62 1.80
1.26 136 1.49 1.64 132
1.27 137 150 1.66 134
1.28 139 1.52 1.68 1.86
129 1.40 1.53 1.69 1.88
50 60 70 80 90
100 110 120 130 140
1.90 2.11 2.43 18 5 331
1.92 2.14 2.47 2.90 3.36
1.94 2.16 251 2.94 3.41
1.96 2.18 255 2.99 3.45
1.98 2.21 2.60 3.03 3.50
2.00 2.23 2.64 3.08 355
2.02 2.68 3.12 3.60
105 231 172 3.17 3.65
107 135 177 3.70
109 239 181 3.26 3.75
100 110 120 130 140
150 160 170 ISO 190
3.80 4.32 4.88 5.47 6.10
3.85 4.38 4.94 553 6.16
3.90 4.43 5.00 5.59 623
3.95 4.49 5.05 5.66 629
4.00 4.54 5.11 5.72 6.36
4.06 4.60 5.17 5.78 6.42
4.11 4.65 5.23 5.84 6.49
4.16 4.71 519 5.91 655
412 477 535 5.97 6.62
427 43 2 5.41 6.03 6.69
150 160 170 180 190
200 210 220 230 240
6.75 7.45 8.17 8.93 9.73
6.82 752 8.25 9.01 9.81
6.89 759 832 9.09 9.89
6.96 7.66 8.40 9.17 9.97
7.03 7.73 8.47
7.10 7.81 8.55 9.33 10.14
7.17 7.88 8.63 9.41 10.22
724 7.95 8.70 9.49 1030
731 8.03 8.78 957 1039
73 8 8.10 8.86 9.65 10.47
200 210 220 230 240
250
1055
9.25 10.05
227
322
Para calidades de acero de resistencia intermedia determinar el valor de w por interpolación lineal.
166
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Los rodillos son de un diámetro alto en nuestros días, lo cual genera un ruido muy bajo y resistencias de rozamiento menores. Operan en seco y las guías no nece sitan lubricación, evitándose acumulaciones de aceite o grasa y eliminando proble mas de fuego. En la Figura 2.74 se representa un apoyo mediante rodillos con bases de caucho.
■ ' ' y.Jabla 2.14 Coef¡ci< .■„tcwd ! ? p i ¡ i!? acero de 520 MPaV.Para cajú a p i u f l idón |in iferpoU h5;.-M~-sT '•Ij | o r jÉ l "C'- m m sS m $ v v y w
V
fcq en función á Y
d.e
S il
í^ c lñ
6
7
e
ve
X
0
1
2
3
4
20
1.05
1.06
1.07
1.07
1.08
1.08
1.09
1.09
1.10
• 1.11
30
1.11
1.12
1.12
1.13
1.14
1.15
1.15
1.16
1.17
1.18
30
40
1.19
1.19
1.20
1.21
122
1.23
1.24
1.25
1.26
127
40
50
1.28
1.30
1.31
1.32
1.33
135
136
137
1.39
1.40
50
60
1.41
1.43
1.44
1.46
1.48
1.49
151
153
1.54
1.56
60
70
1.58
1.60
1.62
1.64
1.66
1.68
1.70
1.72
1.74
1.77
70
80
1.79
1.81
1.83
1.86
1.88
1.91
1.93
1.95
1.98
2.01
80
90
2.05
2.10
2.14
2.19
2.24
2.29
2.33
2.38
2.43
2.48
90
100
253
258
2.64
2.69
2.74
2.79
2.85
290
2.95
3.01
100
110 120
3.12 3.71
3.18
3.29 3.89
335 3.%
3.41 4.02
3.47 4.09
353 4.15
3.59J 4.22
110
3.77
3.23 3.83
130
3.06 3.65 4.28
4.35
4.41
4.48
455
4.62
4.69
4.75
4.82
4.89
130
140
4.%
5.04
5.11
5.18
5.25
5.33
5.40
5.47
555
5.62
140 150
5
: , 8 ir
n
;
20
120
150
5.70
5.78
5.85
5.93
6.01
6.09
6.16
624
6.32
6.40
160
6.48
6.57
6.65
6.73
6.81
6.90
6.98
7.06
7.15
7.23
160
170
7.32
7.41
7.49
758
7.67
7.76
7.85
7.94
8.03
8.12
170
180 190
8.21 9.14
8.30 9.24
8.39 9.34
8.48 9.44
8.58 953
8.67 9.63
8.76 9.73
8.86 9.83
8.95 9.93
9.05 10.03
180
200
10.13
10.23
1034
10.44
10.54
10.65
10.96
11.06
200
11.17
11.28
1138
11.49
11.60
11.71
10.75 11.82
10.85
210
11.93
12.04
12.15
210
220
12.26
12.37
12.48
12.60
12.71
12.82
1294
13.05
13.17
13.28
220
230
13.40
1352
1363
13.75
13.87
13.99
14.11
1423
1435
14.47
230
240
1459
14.71
14.83
14.%
15.08
1520
1533
15.45
1558
15.71
240
250
15.83
190
167
2.2 Composición y funcionam iento
Ejercido 2.10 Enunciado Evaluar la tensión de compresión (pandeo) en los carriles guía de un asensor de pasajeros con los siguientes parámetros Carga nominal: Masa de la cabina:
Qu = 630 kg Q , = 737 kg
Los dos carriles guía existentes tiene las siguientes características: Perfil: T 68/82/9 Material: acero 370 MPa Área de la sección: S = 1070 mm2 Mínimo momento de inercia mínimo: J = 307 000 mm4 Distancia máxima entre apoyos de carriles guía: lk = 2500 mm El radio de giro es: i = (J/SJ°5= (307 000/1070) 03 = 16.938 mm El coeficiente de esbeltez toma la siguiente expresión: X = lk/i = 2500/16.938 = 147.59 El factor de pandeo es (Tabla 2.13): w = 3.68 y por lo tanto, la tensión es: ok = 10 x (630 + 737) x 3.68/1070 = 47 MPa Como la tensión máxima admisibles es 140 MPa, no existe ningún problema de resistencia en este caso.
Ejercicio 2.11 Enunciado Supongamos que se trata de un ascensor de las siguientes característi cas: Qbe = 330 kg (Peso de la cabina, cable de maniobra, etc.) Qu = 300 kg (Peso de la carga) j = 1.5 por ser paracaídas de rodillos a = 1000 mm (anchura de la cabina)
168
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
d = 2750 mm (distancia entre rozaderas) H = 30 m (altura del recorrido o mejor longitud total de las guías) mg = 0.0073 (peso de las guías por mm) S = 937 mm2 (sección de las guías) ^transv = 41 X 104 mm Imin = 19.10104 mm4 ■min = 14.2 mm (radio de giro mínimo). Dimensionar las guías, que serán de acero dulce de 45 kg/mm2 Solución Se proyecta en prindpio colocar los apoyos de las guías a lk = 3000 mm. El esfuerzo de frenado será: Rv = mg •lk + 1.5 (Qu + Qbe) = 0.0073 kg/mm x 3000 mm + 1.5 (330 kg + 300 kg) = 967 kg Calculemos ahora la resistenda de las guías en los dos casos siguientes: (a) Para guías apoyadas (b) Para guías suspendidas
(a) Cálculo de la resistencia de las guías apoyadas cada 3000 mm Las guías apoyadas trabajan a compresión. Su esbeltez es: ^ _ |k _ 3000 nm _ ^ i 14.2 mm Como es inferior a 250, puede emplearse la fórmula siguiente: R' v
„ * 2 ~E 11
3.142 x 21 000 Kg/mm2 x 19.10 •104 mm4 30002
y. 8
Pero
Ky
~
967 K g
~ 4,54 <10 (Debe ser mayor de 10).
No es sufidente la resistencia de las guías trabajando a compresión y con apoyos a 3000 mm.
169
2 2 Composición y funcionam iento
Repitiendo los cálculos colocando los apoyos cada 2000 mm, se comprobaría que resulta un coeficiente de seguridad de 10.14 y por tanto superior a 10, y serían admi sibles reglamentariamente, pero no desde el punto de vista práctico, porque resulta ría demasiado pesado y costoso. Otra solución podría ser sustituir el perfil de las guías por otro más robusto. Pero más práctico es poner las guías suspendidas como hacen la mayoría de los instala dores españoles. Veamos la resistencia que tienen las guías suspendidas. (b) Calculo de la resistencia de las guías suspendidas El esfuerzo de frenado será: Rv = mg •H +1.5 (Qu + 0 ^ ) = 0.0073 kg/ mm x 30 000 mm +1.5(330 kg + 300 kg) = 1164 kg En realidad la longitud H de las guías es mayor que el recorrido de la cabina, pero la diferencia de peso que esto puede suponer no tiene incidencia práctica en los resultados. Veamos ahora cuál es la sección menor de la guía en los empalmes que es la parte más débil y su resistencia. * Sección normal de la guía
= 937 mm2
a deducir la sección de los taladros 2 x 13 x 7
= -182 mm2 = 755 mm2
* Sección de las paredes de los 4 taladros 4 x 13 x 10 * Sección de los 4 tomillos: 471 *
4
= 520 mm2 = 452 mm
* Sección mínima de la placa de empalme Sección de la placa 70 x 10 = 700 mm2 Sección de los dos taladros 2 x 13 x 10 = 260 mm2
= 440 mm2
Luego la sección mínima de la guía es la de placa de empalme y precisamente al nivel de los taladros. Su resistencia a la tracción será: R’v = 45 kg/ mm2 x 440 mm2 = 19 800 kg Y el coeficiente de seguridad será:
170
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Cálculo de las guías según la Norma EN 81
La Norma EN 81 fija el coeficiente de trabajo máximo que puede admitirse para las guías, por los esfuerzos derivados de la actuación del paracaídas, que no deben rebasar de: 140 N /mm2 para guías de acero de 370 N /mm2 210 N/mm2 para guías de acero de 520 N/mm2 Como puede verse, el coeficiente de seguridad es de 2.5, más razonable que el 10 del Reglamento español que consideramos exagerado. Interpolando, deducimos el coeficiente de trabajo para guías de 450 N /mm2 que resulta 180 MPa para guías de acero de 450 MPa. Por otra parte, el coeficiente de trabajo real con que trabajan las guías, con los esfuerzos de frenado del paracaídas lo determina la Norma, según el tipo de paracaídas por las siguientes fórmulas:
Paracaídas instantáneos de cuñas
T = —— -^ bu-en MPa E b
Paracaídas instantáneos de rodillos
T = — — -^ bt^en MPa O J
Paracaídas progresivos
10(Q +Q b ) T = ---------------- en MPa o
5
En las que: Qbe es Ia suma de las masas de la cabina varía, y del cable de maniobra y ele mentos de compensación, si los lleva, suspendidos de la cabina en kg Qu es la carga nominal en kg S es la sección de la guía en mm2 w es el coeficiente de aumento de las cargas por pandeo a determinar según las Tablas 2.13 y 2.14 en función de A 1^ es la distancia entre anclajes de las guías en mm i es el radio de giro mínimo del perfil de la guía en mm X
lk es el coeficiente de esbeltez y es igual a X = —
2.2 Composición y funcionam iento
171
Aplicando esta Norma al ejemplo propuesto antes, resultará: Qbe = 330 kg Qu = 300 kg S = 937 mm2 Ijt = 3000 mm i = 14 mm X w
=
^ = 214 i 14 = 9.71 obtenido de las Tablas 2.13 y 2.14 interpolando los ¡resultados para 450 N/mm2.
Sustituyendo estos valores en la fórmula de paracaídas de rodillos:
o
_ 15(Qb +Qu) x w _ 15(3^ ,300)x 9 7 , =9792N/mmJ b 7J/
Este valor es muy inferior a los 180 N/mm2 que era el límite máximo, a pesar de haber puesto los anclajes a 3000 mm, en lugar de a 2000 mm que teníamos que ponerlos para cumplir el coeficiente de seguridad de 10 (impuesto por el Regla mento Español) cuando las guías trabajan a compresión.
Ejercicio 2.12 Enunciado Comprobar que el cálculo de la guía para ascensores de gran capacidad es más desfavorable considerar el esfuerzo de flexión debido a solicitaciones combi nadas según Janovsky que considerar el esfuerzo de compresión, que establece la Norma EN 81. Solución I) CASO DE UN ASCENSOR DE PEQUEÑA CAPACIDAD Supongamos que se trata de un ascensor de las siguientes características Qbe = 330 kg (Peso de la cabina, cable de maniobra, etc.) Qu = 300 kg (Peso de la carga) j = 1.5 por ser paracaídas de rodillos a = 1000 mm (anchura de la cabina) d = 2750 mm (distancia entre rozaderas) H = 30 m (altura del recorrido o mejor longitud total de las guías)
172
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Se utiliza un perfil para las guías tipo 1-70/90: mg S
= U.0Ü73 kg/ mm (peso de las guías por mm) = 937 mm (sección de las guías) ítransv = 41 x 104 mm4 lrnin = 19.10 x 104 mm4 * m¡ll = 14.2 mm (radio de giro mínimo).
Las guías serán de acero dulce de 450 MPa Se proyecta en principio colocar los apoyos de las guías a lk = 3000 mm (a) Cálculo de las guías según la Norma EN 81 La Norma EN 81 fija el coeficiente de trabajo máximo que puede admitirse para las guías, por los esfuerzos derivados de la actuación del paracaídas. Deducimos el coeficiente de trabajo para guías de 450 MPa que resulta 180 MPa para guías de este tipo de acero. Por otra parte, el coeficiente de trabajo real con que trabajan las guías, con los esfuerzos de frenado del paracaídas lo determina la Norma, para paracaídas instan táneos de rodillos: o En las que: Ob« ^ la suma de las masas de la cabina varía, y del cable de maniobra y ele mentos de compensación, si los lleva, suspendidos de la cabina en kg Qu es la carga nominal en kg S es la sección de la guía en mm2 w es el coeficiente de aumento de las cargas por pandeo hallado en las Tablas 2.13 y 2.14 en función de X lk es la distancia entre anclajes de las guías en mm i es el radio de giro mínimo del perfil de la guía en mm >.
lk es el coeficiente de esbeltez y es igual X = y
Aplicando esta Norma al ejemplo propuesto antes, resultará: Qbe = 330 kg Qu - 300 kg S = 937 mm2 lk = 3000 mm i = 14 mm X
=
i
= ¿2° = 214 14
173
2.2 Composición y funcionam iento
w
= 9.71 obtenido de las Tablas 2.13 y 2.14 interpolando los resultados para 450 MPa
Sustituyendo estos valores en la fórmula de paracaídas de rodillas:
Ts = 15(Y
Q-> xw = 15<3~^37 300)x 9-71 - 97.92 MFj
Este valor es muy inferior a los 180 MPa que era el límite máximo, luego es válido, (b) Cálculo de las guías según Janovsky Si utilizamos las fórmulas de Janovsky, se han de contabilizar las dos solicitaciones combinadas, es decir: F
_ Qu x 8n x e y
d
y
.. _ Qu X Su x ez X (a + 2ey) F* -------------- ÜTTa--------donde: d = distancia entre las rozaderas en mm a = anchura de la cabina en mm Para calcular la flecha en el centro del tramo de la guía entre los apoyos sabemos que consta de dos términos: uno el correspondiente al desplazamiento debido a la flexión y otro debido a la torsión. El primero se calcula como:
f
48 F •nranv I
y el segundo como:
% ♦ *! G I0
V iJ * '
G l,
siendo el desplazamiento total, la suma de ambos: f = f í + ft
174
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Para el caso estudiado anteriormente se tiene: ey = a/4 = 1000/4 = 250 mm ez = a/4 =1000/4 - 250 mm d = 2750 mm a = 1000 mm 1^ = 3000 mm y utilizando el mismo perfil, tenemos: E = 21 000kg/mm2 G = 8000 kg/mm2 s = b - h/2 (dato del perfil) = 6.5 -3.4/2 = 4.8 cm = 48 mm ItanV= 41 •104 mm4 l0 = a x g 3 + ( b - h - g ) x d 3 + h x c 3 = 7 x 0.63 + (6.5 - 3.4 - 0.6) x 0.63 + + 3.4 x 0.93 = 4.53 cm4 = 4.53 104 mm4 (datos del perfil) Sustituyendo en las fórmulas anteriores tenemos:
Fz
Qux e x(a + e ) 300 x 250x (1000 + 2250) on -------2d x a = -------- 2750x1000-------- * 20
las ecuaciones de los desplazamientos dan:
48
íf
27.27 •30003 = 1.78 mm 48 •21 000 41 104
y el segundo como:
MT ' k |
Fz ' k |
20.45-3000y48
G Ifl
G •I0
8000 4.53 104
= 0.28 mm
f = íf + f, = 1.78 + 0.28 = 2.06 mm < 3 mm Luego es válido.
„
2.2 Composición y funcionam iento
175
II) CASO DE UN ASCENSOR DE GRAN CAPACIDAD Suponemos ahora otro ascensor de mayor capacidad (anchura de 2000 mm) con las siguientes características: Qbe - 500 kg (Peso de la cabina, cable de maniobra, etc.) Qu = 430 kg (Peso de la carga) j = 1.5 por ser paracaídas de rodillos a = 2000 mm (anchura de la cabina) d = 2750 mm (distancia entre rozaderas) H = 30 m (altura del recorrido o mejor longitud total de las guías) Se utiliza el mismo tipo de perfil para las guías por estar dentro del rango, 1-70/ 90: mg = 0.0073 kg/mm (peso de las guías por mm) S = 937 mm2 (sección de las guías) I|ntns = 41 x 104 mm4 1min= WlOlff'mm4 ‘min = 14.2 mm (radio de giro mínimo). Las guías serán de acero dulce de 450 MPa Se proyecta en principio colocar los apoyos de las guías a lk = 3000 mm (a) Cálculo de las guías según la Norma EN 81 La Norma EN 81 fija el coeficiente de trabajo máximo que puede admitirse para las guías, por los esfuerzos derivados de la actuación del paracaídas, deducimos el coeficiente de trabajo para guías de 450 MPa que resulta 180 MPa para guías de acero de 450 MPa. Por otra parte, el coeficiente de trabajo real con que trabajan las guías, con los esfuerzos de frenado del paracaídas lo determina la Norma, para paracaídas instan táneos de rodillos: Tg = ^
l 2
d
enMPa
Aplicando esta Norma al nuevo ascensor, resultará: Qbe = 500 kg Qu = 430kg S = 937 mm2 lk = 3 000 mm i = 14 mm X=!k = » ° ? = 214 i 14 w = 9.71 obtenido de las Tablas 2. 13 y 2. 14 interpolando los resultados para 450 MPa.
176
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Sustituyendo estos valores en la fórmula de paracaídas de rodillos:
O
_ l * Q b . * Q . > x w = 15<5ro + 430>x 9 7 ] = 14456Mpa b 7J/
Este valor es inferior a los 180 MPa que era el límite máximo, luego también es válido. (b) Cálculo de las guías según Janovsky. Para el caso estudiado anteriormente tenemos: ey = a/4 = 2000/4 = 500 mm ez = a/4 = 2000/4 = 500 mm d = 2750 mm a = 2000 mm lk = 3000 mm y utilizando el mismo perfil, tenemos: E = 21 000 kg/mm2 G = 8000 kg/mm2 s = b - h/2 (dato del perfil) = 6.5 -3.4/2 = 4.8 cm = 48 mm Itanv = 41 * 104 mm4 I0 = a x g 3 + ( b - h - g ) x d 3 + h x c 3 = 7 x 0.63 + (6.5 - 3.4 - 0.6) x 0.63 + + 3.4 x 0.93 = 4.53 cm4 = 4.53 104 mm4 (datos del perfil) Sustituyendo en las fórmulas anteriores tenemos: r
Qux e y 430 x 500 y= —d = 2750 “
®
Qu* e x ( a + 2e ) 430 x 500 x (2000 + 2250) F* = ------ 2171------ = ----- 2(2750x1000)----- = 5863 K8 las ecuaciones de los desplazamientos: ,
rVy*" kk 78.1 78.18 o •JU 30003 UÜ _------ = ------------------------ t = 5.1 mm 48 21 000 41 - 104 " ^tranv f r anv
y el segundo como: m t
•*kl
f, = ———-— = 1 G-I0
F Z ■>k|s
5 8 6 3 ■3 0 < » f «
- —— = ------------------- - = 0,81 mm G •I0 8000 4.53 104
f = ff + f i = 5.1 + 0.81 = 5.91 mm > 3 mm Luego no es válido según Janovsky.
2.2 Com posición y funcionamiento
2.2.2.6.5
177
Cables
Las cabinas y contrapesos están suspendidos, en la práctica, por cables de acero. La Directiva 95/16/CE señala que el número de cables independientes será por lo menos dos, con sus respectivos sistemas de enganche. Un cable metálico es un elemento constituido por alambres agrupados for mando cordones, que a su vez se enrollan sobre un alma formando un conjunto apto para resistir esfuerzos de extensión. . Los elementos componentes del cable son: • ALAMBRES: generalmente de acero trefilado al homo, con carga de rotura a tracción entre 1200 y 2000 MPa. • ALMAS: son los núcleos en tomo a los cuales se enrollan los alambres y los cordones. Suelen ser metálicas o textiles (cáñamo, algodón, etc.). • CORDONES: son las estructuras más simples que podemos constituir con alambres y almas: se forman trenzando los alambres, bien sobre un alma o incluso sin alma. • CABOS: son agrupaciones de varios cordones en tomo aun alma secundaria utilizados para formar otras estructuras. Pueden verse en la Figura 2.75.
178
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Con los alambres, almas, cordones y cabos se construyen los cables. No obstante y debido a la diversidad de configuraciones existentes, con el fin de conocer más a fondo la estructura y comportamiento del cable, pasamos a estudiar seguidamente: • La estructura transversal de los cordones • La estructura transversal de los cables • Los sistemas de trenzado de cordones y cables En la Figura 2-75 se puede apreciar la constitución de un cable. LA ESTRUCTURA TRANSVERSAL DE LOS CORDONES La estructura transversal de los cordones está estrechamente relacionada con el trenzado longitudinal de los alambres, pudiendo ser éste: • De pasos iguales en cordones con alambres diferentes. En ellos los alambres no se entrecruzan si no que se apoyan unos en otros en toda su longitud, con siguiéndose una mayor flexibilidad, mayor resistencia a la compresión y mayor capacidad de carga. • Normal o de ángulos iguales: Todos los alambres son de igual diámetro, for mando el mismo ángulo de cableado, por lo que los pasos de cada capa de alambres son distintos y proporcionales a los diámetros medios de cada capa. Tanto en unos como en otros, el torcido de los cordones sobre el alma se puede realizar a derechas o a izquierdas. Podemos clasificar los cordones en: • de alambres de igual diámetro • de alambres de diferente diámetro • de alambres de forma especial • de forma no circular Cordones de alambres de igual diámetro • Alambres de forma circular Cada capa tiene 6 alambres más que la precedente. En la Figura 2.76 se represen tan diferentes tipos de cables de igual diámetro.
Figura 2.76 Diferentes tipos de cables de igual diámetro.
2.2 Composición y funcionam iento
179
Cordones de alambres de diferente diámetro Existen tres tipos bien definidos: • SEALE: Las dos últimas capas llevan igual número de hilos.
• WARR1NGTON: La capa exterior lleva alambres de dos diámetros distintos.
Figura Z70 Cable tipo Warrington.
FILLER-WIRE: Con hilos más finos para llenar los huecos existentes entre las capas. Tienen más sección metálica y mayor resistencia al aplastamiento.
Figura 2.79 Cable tipo Filler-wire.
180
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
LA ESTRUCTURA TRANSVERSAL DE LOS CABLES Atendiendo a su complejidad, podemos dividirlos en formados pon • un sólo cordón (monocordes) • varios cordones (cables de cordones) • varios cables (cables de cabos)
Cables monocordes También llamados espiroidales, son enteramente metálicos. En este tipo están incluidos los cordones de tipo cerrado y semicerrado.
Cables de cordones Son los más utilizados en la práctica. El número de cordones oscila entre 3 y 8, siendo el más común 6 por ser bastante redondo y con buena superficie de apoyo. Los cables con número de cordones bajos presentan aristas en las que se concentran los desgastes del cable, y en los de más de 6 cordones, se obtiene una buena flexibi lidad, pero aparecen problemas de aplastamiento del alma. Dentro de este apartado se encuentran las estructuras antigiratorias constituidas por capas de cordones trenzadas en sentido contrario, con lo que minimizan la ten dencia natural de los cables a girar bajo el peso de la cargas libremente suspendidas de ellos.
Cables de cabos Son los de composición múltiple o cables guarines y los cables planos.
Sistemas de trenzado de cables y cordones Tan importante como la estructura transversal de los cables es el sistema de torcido longitudinal de los mismos. Se entiende por paso de cableado el paso de las hélices formadas por los cordo nes o cables al retorcerse para formar el cable o cordón. Si el sentido de torcido se hace siguiendo la dirección de las agujas del reloj, obtendremos torsión derecha; y torsión izquierda si es en sentido contrario. Atendiendo al sentido de torsión de los alambres en los cordones y el de los cor dones en los cables tendremos:
22 Com posición y funcionam iento
Derecho
181
Izquierdo
Figura 2.80 Trenzado con torsión cruzada.
Torsión cruzada o normal El sentido de cordoneado de los alambres es el contrario al sentido de cableado de los cordones. Según el cableado de los cordones, puede ser a derecha o a izquierda (Figura 2.80). Torsión Lang o d e sentido único Los alambres en el cordón y los cordones en el cable se tuercen en la misma direc ción. Dependiendo del sentido de cableado de los cordones, será a derecha o a izquierda. Según DIN 6890, los sentidos de torsión son: s: torsión izquierda del cordoneado z: torsión derecha del cordoneado S: torsión izquierda del cableado Z: torsión derecha del cableado El torcido cruzado es el más utilizado por su menor tendencia a destorcerse, y por tener una mayor resistencia estructural. Sin embargo, en muchos casos es prefe rible utilizar el torcido Lang por su mayor flexibilidad y una mayor superficie de apoyo, tener la superficie exterior más lisa y un mejor llenado del área de la sección transversal. Además sufren un desgaste menor al trabajar en poleas o tambores.
18 2
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Paralelo o Ijng Derecho
Izquierdo
Figura 2.81 Trenzado con
torsión Lang.
Cables preformados En estos cables, los alambres y cordones reciben antes de cablearlos la forma helicoi dal que adoptarán más tarde, con ello se evitan las tensiones internas, obteniendo una mayor vida del cable. Además se evita que los alambres rotos salgan a la super ficie del cable. Podemos dedr que la preformación es la mejora más importante introdudda en la fabricadón del cable desde el comienzo. Ventajas del cable preformado: • Mayor resistenda a la fatiga por flexión • Más duración del factor de seguridad • Menos susceptibles a las sacudidas y vibraciones • Menor tendencia a girar sobre sí mismos • Los alambres exteriores no salen a la superfide al romperse • No tienen tendenda a la formadón de cocas • No se destuercen las puntas al quitar las amarras de los extremos • Tienen todas las ventajas del cable Lang. Por todo ello, el cable preformado tiene una mayor duradón como puede apredarse en la Figura 2.82.
183
2 2 Composición y funcionam iento
Duración
Servicio de cable preformado Servicio de cable sin preíormm
Figura 2.82 Duración relativa entre cables preformados y sin
preformar.
Los cables preformados tienen un mayor coste debido a su sistema más com plejo de fabricación, pero a pesar de ello la totalidad de los cables utilizados en ascensores y montacargas son preformados dadas las ventajas enumeradas ante riormente. N o tación d e las estru ctu ras
Fórmula abreviada Constituida por tres cifras, las dos primeras separadas por el signo "x" y las dos últimas por el signo 1* - n* de cordones del cable 2* - n* de alambres de los cordones 3‘ - n” de almas del cable Ejemplo: 6 x 19 + 1. Según la Figura 2.83.
1 84
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.83 Cable de 6 cordones, 19 alambra y 1 alma.
Fórmula desarrollada Se añade al segundo número un paréntesis que contiene la disposición de los alam bres dentro del cordón. Ejemplo: 6 x 19 (1 + 9 + 9) + 1 (Figura 2.84).
Figura 2.84 Cable de 6 cordones, 19 alambres y 1 alma.
Si el cable es de tipo Seale, Filler o Warrington, se incluye de palabra detrás del paréntesis. Ejemplo: 6 x 19 (1 + 9 t 9) Seale + 1 (Figura 2.85).
Figura 2.85 Cable de 7 cordones, 7 alambres y O almas.
2.2 Com posición y funcionam iento
185
Si el cable no tiene almas textiles, la última cifra es un cero (Figura 2.85). Ejemplo: 7 x 7 + 0 El capítulo 3 del libro titulado Grúas, de esta misma colección, está dedicado a los cables utilizados en aparatos de elevación y transporte y por lo tanto se ha des crito su comportamiento de forma más extensa.
C ab les para asce n so re s y m o n tacarg as
En un ascensor se utilizan los cables para tres aplicaciones distintas: • Cables de tracción • Cables de compensación • Cables de limitador de velocidad Los limitadores de velocidad deben ser accionados por un cable muy flexible protegido contra la oxidación y de las siguientes características: Diámetro mínimo: 6 mm.
Figura 2.86 Esquema de cable de tracción y compensación.
186
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.87 Cables tractores.
Carga de rotura de acuerdo con el esfuerzo a transmitir con un coeficiente de seguridad mínimo de 8 (Norma EN 81). También en la citada norma se añade que la relación entre el diámetro primitivo de la polea de tracción, del limitador (y la tensora) y el del cable, debe ser como mínimo 40. En la Norma EN 81 se afirma que el cable debe estar tensado mediante una polea tensora. En ascensores, se utilizan cables similares a los utilizados en grúas, si bien es posible hablar de una serie de peculiaridades. En lo que se refiere a diámetros, la banda se encuentra entre 6 y 22 mm aunque la tendencia es reducir a] máximo el diámetro, elevando la resistencia del cable con
2.2 Com posición y funcionamiento
187
Figura 2.88 Cable de limitador de velocidad.
objeto de implantar poleas también de menor diámetro, y en definitiva reducir cos tes de la instalación. En la Tabla 2.15 se transcriben los diámetros más usuales. En cuanto a la construcción del cordón, en ascensores nunca se utilizan cordones de diámetros iguales, son siempre Seale, Warrington, Filler Wire o bien WarringtonSeale. La configuración Seale es la más utilizada: • en general, en una instalación de ascensor hay una tendencia a la abrasión en servicio, los alambres más exteriores de esta configuración son muy gruesos, con gran resistencia a la rotura por abrasión, siendo pues los más idóneos • es muy fácil de fabricar, sólo se utilizan tres tipos de alambres.
188
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Tabla 2.1 5 Relación de diámetros utilizados en cables íJ
•
paracaídas
tracdón
hidráulico
paracaídas
serie
mm
7/8
22
13/16
20
3/4
18
X
X
5/8
16
X
X
15.5
X
15
X
14
X
13
X
12
X
11
X
X
10
X
X
X
tracción
X X
yy
1/2
3/8
9
X
8
X
X
6.5
X
X
6
X
X
X
X
X
X
La configuración Warrington es mejor que la Seale en fatiga, ya que hay más alambres y son más delgados. Pero por otra parte, son necesarios cuatro tipos de alambres y existe una tendencia a distorsionarse en la capa más exterior. Se utiliza en aquellos casos donde la fatiga se considera más importante que la abrasión. La configuración mixta Warrington-Seale es muy utilizada en cables de compen sación, es decir se implanta para esfuerzos muy bajos ya que la sección es vulnera ble ante encíavamientos en la garganta de la polea y ante la falta de lubricación. Finalmente el tipo Filler Wire se utiliza en cables de tracción aunque no es el más usado ya que es también muy vulnerable sobre todo, cuando su diámetro es menor que el de la garganta de la polea, por eso se seleccionan siempre diámetros superio res a 13 mm.
2.2 Com posición y funcionam iento
189
En cuanto a las secciones más típicas, son las siguientes: El más utilizado sin duda en la industria del ascensor es el Seale de 8 cordones y alma textil, ya que: • es más redondo que el de 6 (tiene más puntos de contacto con la garganta de la polea) • su sección es más deformable • es flexible y por lo tanto, resistente a fatiga • el precio es medio. Las desventajas son: • elevada elongación elástica y permanente con relativamente alta reducción en diámetro • depende en gran medida de la calidad del material del alma y del alambre • la fuerza de rotura respecto al diámetro es baja • al ser la sección muy deformable puede presentar problemas con las gargan tas en U. En conclusión es el mejor tipo de cable, en general. Para ascensores de bajas prestaciones, en cables de paracaídas, en ascensores hidráulicos y en los de gran altura cuando no se disponen de alma mixta el Seale de 6 cordones y alma textil es el más usado, ya que presenta las siguientes ventajas: • elevada sección metálica y por lo tanto, la fuerza de rotura respecto al diáme tro es alta • baja elongación elástica y permanente • el precio es bajo. Las desventajas son: • elevada sección metálica, muy rígido y por lo tanto con baja vida a fatiga • pocos puntos de contacto con la garganta de la polea, y por lo tanto elevada presión específica. Para ascensores de altas prestaciones, ascensores de gran altura de elevación e hidráulicos, el Seale de 8 cordones y un alma mixta (metal + fibra) es el más ade cuado: • es más redondo que el de 6 cordones • es flexible y por lo tanto con elevada resistencia a la fatiga • baja elongación elástica y permanente
190
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
• elevada sección metálica y por lo tanto, la fuerza de rotura respecto a! diáme tro es alta • permanece redondo, lo cual favorece la rodadura respecto a cualquier tipo de garganta. Como desventajas tiene: • las terminaciones deben asegurarse contra la rotación • el montaje debe ser más cuidadoso que en los anteriores, no debe permitirse que se desenrollen • el precio es elevado. La mayoría de los instalaciones se componen de cables con enrollamiento en sentido contrario, ya que así la tendencia a desenrollarse es baja, y por lo tanto este tipo de enrollamiento se comporta bien, es simple de fabricar y montar y es más económico. El enrollamiento en el mismo sentido o Lang apenas se utiliza, su elongación es más elevada y más complicado de montar. En lo que se refiere al material del alambre, se va a trabajar con resistencias de 1600,1800 y 2000 MPa. La tendencia es utilizar la banda superior de resistencias ya que así disminuyen diámetros de cables, y por lo tanto de poleas, y de esta forma, costes de instalación. En cuanto al material del alma, la mayoría de los cables presentan un alma textil. Sólo en ascensores de elevadas prestaciones, elevadas alturas e hidráulicos se dis pone un alma mixta. Los materiales textiles más típicos son: • Fibra natural sisal. Es el material más utilizado. El contenido de lubricante debe estar por debajo del 17%. Presenta una buena absorción del lubricante, alta resistencia a la presión y bajo grado de estrechamiento elástico. Como desventaja, es muy sensible a la humedad alta. • Fibra de cáñamo. El contenido de lubricante debe estar por debajo del 22%. Presenta una buena absorción del lubricante, un buen comportamiento a la flexión y bajo grado de estrechamiento elástico. Como desventaja, es muy sensible a la humedad alta y es menos estable en diámetro que el sisal. • Fibra natural yute. El contenido de lubricante debe estar por debajo del 20%. Se recomienda para cables de diámetros menores de 6 mm. • Fibra sintética de polipropileno. El contenido de lubricante debe estar por debajo del 12%. Presenta una buena uniformidad en diámetros aunque tiene una baja resistencia a la presión y puede plastificarse y deformarse ante altas temperaturas.
191
2.2 Composición y funcionam iento
• Fibra sintética de poliamida. El contenido de lubricante debe estar por debajo del 8%. Presenta una buena uniformidad en diámetro y es estable bajo pre sión. Tiene una baja absorción de lubricante, es muy elástico y su coste es muy elevado. • Fibra sintética de aramida. El contenido mínimo de lubricante no se conoce pero se sabe que es bajo, es muy resistente a la temperatura y a la tracción. Como desventajas están que la fibra es muy difícil de trabajar para constituir un alma y su coste es muy elevado. En cuanto a la lubricación, va a depender de la instalación. Para ascensores hidráulicos, una elevada cantidad de grasa aumentará la vida a fatiga del cable sin plantear problemas a la instalación. En cuanto a la puesta a punto de ascensores eléctricos, en general, es mejor disponer menos cantidad de grasa que demasiada ya que ésta se puede reponer en las operaciones de mantenimiento. Tablas de resistencias (1) Cable tipo Seale 6 x 19(9 + 9 + 1) +1
Figura 2.89 Esquema de cable tipo Seale
6 x 19(9 + 9+1) +1.
Esta denominación corresponde a un cable de 6 cordones metálicos enrollados helicoidalmente respecto a un alma textil. Cada cordón está formados por 19 hilos en tres órbitas. En la órbita más exterior existen 9 hilos, en la intermedia otros 9 hilos de menor diámetro y un único hilo en la más interior. Al coincidir el número de hilos en las dos órbitas más exteriores de cada cordón, el cable se denomina tipo Seale. El arrollamiento del cable es cruzado, es decir el sentido de giro de los hilos res pecto al cordón es inverso al de los cordones respecto al alma textil. Con este arro llamiento, el cable no tiende a girar y descablearse. La menor flexibilidad y resistencia al desgaste de este tipo de arrollamiento respecto al arrollamiento para lelo o Lang no resulta un problema pues en un ascensor no es necesario que los cables sean muy flexibles y no están expuestos a rozamientos anormales.
192
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
—— :
técnicos d d cable t.po Seale 6 X 1 9 1 9 + 9 * 1 + 1 te*hl
.
Diámetro cable (mm)
Peso (kg/100 m)
Carga rotura 1600 MPa (kN)
Carga rotura 1800 MPa OcN)
Carga rotura 2000 MPa (kN)
6
14
22
24
26
7
17
26
29
32
8
24
36
41
44
95
32
48
55
59
105
41
62
70
76
11
46
70
79
85
125
57
86
97
105
135
69
107
117
127
15
82
124
140
151
16
97
146
164
177
(2) Cable tipo Seale 8 x 19(9 + 9 + 1) +1 Esta denominación corresponde a un cable de 8 cordones metálicos enrollados heli coidalmente respecto a un alma textil. Cada cordón está formados por 19 hilos en tres órbitas. En la órbita más exterior existen 9 hilos, en la intermedia otros 9 hilos de menor diámetro y un único hilo en la más interior. Al coincidir el número de hilos en las dos órbitas más exteriores de cada cordón, el cable se denomina tipo Seale.
Figura 2.90 Esquema de cable tipo Seale 8 x 1 9 ( 9 + 9 + 1)+1.
193
2.2 Composición y funcionam iento
.. ....... * 1 - ™
? 2 ^ 0 , . « l e f m f o s í el caltlc !¡po Seale 8 x 19(9 + 9 + 1) + 1 textil
Diámetro cable (mm)
Peso (kg/100 m)
Carga rotura 1600 MPa (kN)
Carga rotura 1800 MPa (kN)
Carga rotura 2000 MPa (kN)
8
25
34
38
41
95
34
47
53
58
105
40
55
62
67
12
52
72
81
88
13.5
66
91
103
111
15
82
113
127
137
165
100
137
154
166
185
130
176
198
214
20
150
205
231
249
El arrollamiento del cable es cruzado, es decir el sentido de giro de los hilos res pecto al cordón es inverso al de los cordones respecto al alma textil. Este cable es superior al visto anteriormente en varios aspectos: es más flexible y tiene mayor resistencia a la fatiga, se conforma mejor a la garganta de las poleas y su paso por ellas es más suave, al área de contacto entre cable y polea es mayor, soporta mayor número de flexiones y por lo tanto su vida es más larga. Este cable tiene más puntos de contacto con la garganta de la polea que el anterior y por lo tanto es más redondo, su sección es más deformable y más flexible. Por todo ello es el más utili zado. (3) Cable Warrington 6 x 19(12 + 6 + 1)
Figura 2.91 Esquema de cable tipo Warrington 6 x 79(72 + 6 + 7)
194
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
-------- " v'7ñ7 18 Datos tpcnicqs clej pable tipo >Varripgton Diámetro cable (mm)
Peso (kg/100 ni)
Carga rotura 1600 MPa (kN)
Carga rotura ISOO MPa (kN)
Carga rotura 2000 MPa (kN)
6
14
21
24
26
7
17
26
30
32
8
25
38
42
46
9
29
44
50
54
10
39
59
66
71
11
44
67
75
81
125
56
85
95
103
135
69
105
118
127
145
76
115
130
140
155
91
138
156
168
Esta denominación corresponde a un cable de 6 cordones metálicos enrollados helicoidalmente respecto a un alma textil. Cada cordón está formados por 19 hilos en tres órbitas. En la órbita más exterior existen 12 hilos, 6 de diámetro superior y 6 de diámetro inferior, en la intermedia 6 hilos de igual diámetro y un único hilo en la más interior. Al existir hilos de distinto diámetro en la órbita más exterior de cada cordón, el cable se denomina tipo Warrington. El arrollamiento del cable es cruzado, es decir el sentido de giro de los hilos respecto ai cordón es inverso al de los cordones respecto al alma textil. (4) Cable Filler Wire 6 x 25 (12 + 6.6 + 1) + 1 textil
Figura 1 9 2 Esquema de cable tipo Filler Wire 6 x 2 5 (12 + 6 . 6 + 1 ) + ! textil.
195
2.2 Composición y funcionamiento
ralileíip o T jllerW irc (, X 25 (1 2 + t.f
¡M S Í3 2
Diámetro cable (mm)
. - Peso (kg/100 m)
Carga rotura 1600 MPa (kN)
Carga rotura ISOO MPa (kN)
Carga rotura 2000 MPa (kN)
13
67
102
114
123
14
75
114
128
138
14.5
83
127
143
154
15.5
92
141
158
171
Esta denominación corresponde a un cable de 6 cordones metálicos enrollados helicoidalmente respecto a un alma textil. Cada cordón está formados por 25 hilos en tres órbitas. En la órbita más exterior existen 12 hilos, en la intermedia otros 6 hilos de menor diámetro y un único hilo en la más interior. Entre la órbita más exte rior y la siguiente se han insertado 6 alambres de diámetro reducido en los espacios existentes entre las dos órbitas. Por esta razón el cable se llama Filler Wire. Estos hilos mejoran el contacto entre cable y polea y facilitan el conformado de aquél. (5) Cable Warrington Seale 6 x 36 (14 + 7.7 + 7 + 1)
Figura 2.93 Esquema de cable Warrington
Seale 6 x 3 6 (14 + 7.7 + 7 + 1).
Esta denominación corresponde a un cable de 6 cordones metálicos enrollados helicoidalmente respecto a un alma textil. Cada cordón está formados por 36 hilos en tres órbitas. En la órbita más exterior existen 14 hilos, en la segunda otros 14.7 de diámetro superior y 7 de diámetro inferior, en la siguiente 7 hilos de igual diámetro y un único hilo en la más interior. El arrollamiento del cable es cruzado, es decir el sentido de giro de los hilos respecto al cordón es inverso al de los cordones respecto al alma textil.
196
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
- ■■ Tabla 2.20 Patos tccnic « del cable lipo Vyar,inS lon Sea!c 6 x :¡í, Diámetro cable (mm)
Peso (kg/100 m)
Carga rotura 1600 MPa (kN)
Carga rotura 1800 MPa (kN)
Carga rotura 2000 MPa (kN)
20
144
216
243
262
21
157
236
265
286
225
186
278
313
338
23.5
201
301
339
365
245
217
325
365
394
2 55
233
349
393
424
27
268
351
401
451
28
286
375
428
481
29
305
399
456
513
30
324
425
485
545
31
344
451
515
579
325
386
505
577
649
335
407
534
610
686
345
430
563
643
723
36
476
624
713
802
(6) Cable tipo Seale 8 x 19(9 + 9 + 1) +1 mixta
Figura 2.94 Esquema de cable Seale 8 x 19(9 + 9 + 1) +1 mixta.
197
2.2 Composición y funcionam iento
Esta denominación corresponde a un cable de 8 cordones metálicos enrollados helicoidal mente respecto a un alma mixta. Cada cordón está formados por 19 hilos en tres órbitas. En la órbita más exterior existen 9 hilos, en la intermedia otros 9 hilos de menor diámetro y un único hilo en la más interior. Al coincidir el número de hilos en las dos órbitas más exteriores de cada cordón, el cable se denomina tipo Seale. El arrollamiento del cable es cruzado, es decir el sentido de giro de los hilos respecto al cordón es inverso al de los cordones respecto al alma mixta.
Datos técnicos del cable tipo SeaU;
8x19(9+ 9 + 1 + 1 mixta
Diámetro cable (mm)
Peso (kg/100 m)
Carga rotura 1600 MPa (kN)
Carga rotura 1800 MPa (kN)
Carga rotura 2000 MPa (kN)
8
29
35
39
42
9
34
50
56
60
105
465
68
76
82
12
61
89
100
107
135
77
112
126
136
15
95
138
156
168
165
115
168
188
203
18
137
199
224
242
195
161
234
263
284
SELECCIÓN DE CABLES Cables de tracción • Ascensores estándar
a ltu r a (m )
g a r g a n ta d e p o lc a
cualquier tipo
8X19 Seale+ 1
• Ascensores altas prestaciones e hidráulicos £ 1" S g J g g g S H g g denominación
diámetros (mm)
altura (m)
garganta de polea
8X19 Seale + mixta
8-22
cualquiera
no en V, endurecida
198
Capítulo 2 Ascensores y montacargas
• Ascensores de bajas prestaciones (bajas velocidades o frecuencias de utiliza ción muy bajas) y montacargas
.
Jabí
rf
^
• v i:
denominación
diámetros (mm)
altura (m)
garganta de polea
6X19 Seale + t
6-16
hasta 50
no entalla ancha
6X19 W 4 !
8-16
hasta 50
no entalla ancha
6X25 F + l
13-16
hasta 50
no entalla ancha
-i
CABLES DE COMPENSACIÓN • Ascensores estándar
«
¿ M
i :
denominación
diámetros (mm)
altura (m)
garganta de polea
6X19 Seale+1
8-20
hasta 200
cualquier tipo
• Ascensores altas prestaciones e hidráulicos
- y~ .nr*- infln~~.TTl
‘'HíltTil
denominación
diámetros (mm)
altura (m)
garganta de polea.
6X36 VVS + 1
20-36
cualquiera
cualquier tipo
• Ascensores de bajas prestaciones (bajas velocidades o frecuencias de utiliza ción muy bajas) y montacargas
denominación
dlame " t
( ) immj
i. altura (m"i r. ■ . •
6X25 F + l
13-16
hasta 50
garganta de polea no entalla ancha
2.2 Composición y funcionamiento
199
CABLES DE LIMITADOR DE VELOCIDAD O PARACAÍDAS • Ascensores estándar, de altas prestaciones e hidráulicos
*■ .
Tabla 2 .2 8 ' -
.
denominación
diámetros (mm)
altura (m)
garganta de polea
8X19 Seale+ 1
8-20
hasta 200
cualquier tipo
• Ascensores de bajas prestaciones (bajas velocidades o frecuencias de utiliza ción muy bajas) y montacargas
ISMiSál .
rabia 2 .2 9
denominación
diámetros (mm)
altura (m)
garganta de polea
6X19 Seale +1
6-16
hasta 50
no entalla ancha
6-8
hasta 50
no entalla ancha
•
6X19 W +1
Ejercicio 2.14 Enunciado Seleccionar los cables de suspensión de un ascensor de pasajeros con los siguientes parámetros: Carga de pasaje: Peso de la cabina: Peso del contrapeso: Altura máxima: Velocidad cabina: Factor de cable: Solución
Qu = 800 kg Q , = 950 kg Qc = 1350 kg H = 33.6 m v = 1.6 m /s i=1
La carga mayorada a soportar por el sistema de cables es: Qmayorada = (Qu
+ Qfa) = (800 + 950) X 9.8 X 8 = 137 200 N
Suponiendo que el número de cables es 4: Qcorada por ramal - 137 200/4 = 34 300 N = 34.3 kN
200
Capítulo 2 Ascensores y montacargas
En la siguiente tabla, se describen las hes soluciones posibles: Tipo de cable
8X 19(9+ 9 + 1)
105
Resistencia cable (MPa) • 1600
8X19(9 + 9 + 1)
95
1800
53
8X19 (9 + 9 + 1 )
8
2000
41
Diámetro nominal (mm)
Carga rotura (kN)
t -
'
- ». 55
Cualquiera de los cables seleccionados cumple con el requerimiento de resisten cia, la tendencia actual va hacia la utilización de cables con alta resistencia. Sistemas de suspensión de cable La maquinaria puede estar en la parte superior (Figura 2.95,a), aunque también puede estar en la eliminar inferior (Figura 2.95,b). Por otra parte, para cargas hasta 2000 kg se usa la suspensión directa 1:1 (Figuras 2.95, a y b). Para cargas superiores se utiliza la suspensión 2:1 (Figura 2.95 c), en la que los cables están sometidos a una tensión que es la mitad respecto a la suspensión directa, aunque la velocidad de la cabina también se reduce a la mitad. El tipo de suspensión más empleado para cargas menores de 2000 kg es el de la Figura ¿95 a, en el que la cabina cuelga de un extremo de los cables y el contrapeso de otro, suspendido el conjunto en la polea del grupo tractor cuando el arrastre es por adherencia. Para cargas superiores a 2000 kg se utiliza el esquema de la Figura 2.95 c
a
b
e
Figura 2.95 Arrostre de los cables que mueven la cabina por adherencia: a) con la máquina arriba, suspensión 1:1; b) con la máquina abajo, suspensión 1:1 c) con la máquina arriba, suspensión 2:1
22 Com posición y funcionam iento
201
La tracción de los cables para el movimiento de la cabina se puede realizar por dos procedimientos: (a) Por ntlhcretida de los cables en la garganta de la polea de arrastre del grupo trac tor. (b) Por arrollamiento del cable en un tambor que hace girar el grupo tractor. En la actualidad apenas se emplea el tambor de arrollamiento, debido a que la tracción por adherencia tiene las siguientes ventajas: (1) Es más sencilla y por tanto más económica que la de tambor. (2) Permite la instalación de ascensores de cualquier altura, lo que no es posible con las de tambor, cuyas dimensiones empiezan a ser exageradísimas a partir de 20 ó 25 m de altura. (3) El arrastre por adherencia permite una seguridad adicional en el caso en que fallen los finales de carrera, puesto que entonces se apoya el contrapeso en sus topes en la subida, o en los suyos la cabina en la bajada y deslizándose los cables en la garganta de la polea motriz al perder la tensión necesaria, queda la cabina inmóvil y todo el daño se reduce a un desgaste adicional de la garganta por el roce de los cables. En cambio con el tambor de arrollamiento seguiría subiendo la cabina con el riesgo de roturas y peligro de accidente. 2.2.2.6.6
Puertas de embarque
La directiva CE 95/16/CE señala que la cabina de los ascensores deberá estar com pletamente cerrada por paredes macizas incluidos el suelo y el techo con excepción de los orificios de ventilación, y equipadas de puertas macizas. Este aspecto es rele vante ya que supone una modificación sustancial respecto a la normativa anterior y eliminar obligará a constructores de ascensores a introducir la doble puerta, es decir; la puerta de rellano y la propia puerta del ascensor. En los ascensores antiguos, la mayor parte de las averías teman su origen en defectos de las puertas de acceso y sus encíavamientos. En los ascensores moder nos, las puertas metálicas y las cerraduras de seguridad han disminuido mucho las probabilidades de paradas por su causa.
Accesos La directiva europea 95/16/CE señala que los niveles de entrada y salida de la cabina deberán estar equipados con puertas en los rellanos cuya resistencia mecá nica sea lo suficiente según las condiciones de utilización previstas. El embarque y desembarque de los pasajeros de los ascensores, en los pisos de viviendas y oficinas se realiza generalmente en los rellanos de la escalera, en los que se sitúan las puertas de acceso al recinto del ascensor.
202
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.% Vestíbulo de embarque de dos ascensores para dos viviendas V¡ y Vj. La puerta de acceso de la escalera no debe cerrarse con llave.
Sin embargo, en edificios de lujo, estos accesos quedan frecuentemente separa dos de la escalera por puertas, constituyendo vestíbulos (Figura 2.96), con objeto de proteger las viviendas, sobre todo cuando se abren sus puertas, de las corrientes de aire que se producen por tiro natural de la escalera. Debe quedar establecido que de ningún modo deben cerrarse las puertas de estos vestíbulos con llave, puesto que entonces no pueden servir de salida de emer gencia en caso de avería del ascensor, si es que los inquilinos de las viviendas del vestíbulo están ausentes. El máximo recorrido de la cabina en caso de accionamiento a mano, debe ser de 10 m y este distancia podría ser rebasada si hubiese tres vestíbulos de acceso al ascensor cerrados. Iluminación de los accesos Los accesos deben estar debidamente iluminados, natural o artificialmente. En los ascensores, esta iluminación no debe ser inferior a 150 lux, a nivel de piso, y en todo caso ha de ser suficiente para que el pasajero pueda ver perfectamente si está la cabina en el piso al abrir la puerta de acceso, aunque no funcione el alumbrado de la cabina.
2 .2 .2 .7
Componentes de seguridad
Como ya se ha comentado en el Apartado 2.1.1 dedicado a la evolución del trans porte vertical, la seguridad es sin duda el aspecto más crítico en el diseño y con cepto de un ascensor. De hecho, hasta que Elisha Graves Otis no demostró que la rotura del cable no significaba la caída de la plataforma del elevador, no se tomó en serio esta tecnología.
12 Composición y funcionam iento
203
Figura 2.97 Esquema de circuito de seguridad
Hoy en día, todos los ascensores disponen de un circuito de seguridad (Figura 2.97) cuyo objeto es detener la cabina en caso de que ésta adquiera una velocidad superior a la que debiera. El primero se instaló en la ciudad de Nueva York en el año 1857. Este circuito se compone de un cable de limitador de velocidad que reco rre un circuito cerrado compuesto por dos poleas: la polea superior o limitador de velocidad y la inferior o de tensado. Este cable va anclado a la cabina y por lo tanto, cuando el ascensor circula con una velocidad dentro dé los márgenes admisibles, el cable circula a través de las poleas a la misma velocidad que la cabina. La polea superior está diseñada para que cuando el cable que circula a través de ella supere una determinada velocidad, éste quede frenado originando un tiro del cable sobre su amarre con la cabina. Este tiro hace accionar un sistema mecánico que frena la cabina al poner en marcha un dispositivo que bloquea las guías en lugar de rodar sobre ellas. En este apartado se van a analizar los dispositivos de seguridad que actúan en caso de fallo o rotura de algunos elementos funcionales, como son: • Limitador de velocidad. Actúa en caso de que la velocidad de la cabina exceda de la normal.
204
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
• Paracaídas - de aceleración. Actúa en caso de que la velocidad de la cabina exceda de la normal. - de rotura o desequilibrio de cables. Actúa en caso de rotura o des equilibrio en la tensión de los cables. • Amortiguadores 2 .2 .2 .7 .1
Limitador de velocidad
La directiva europea 95/16/CE señala que los ascensores deberán poseer un dispo sitivo que limite el exceso de velocidad. El limitador de velocidad es un aparato instalado generalmente en el cuarto de máquinas, provisto de una polea acanalada entre la cual y otra igual que actúa de
..' i Velocidad nominal
i ii . T i d e s m a x i n .a ^ c o s s p a r .o s c e v ^ o r c ,
1
{J l
t
i
Porcentaje de aumento de M velocidad nominal para el cjue debe actuar el limitador de velocidad
Velocidad para la que debe actuar el limitado de velocidad
0.60
50% 50%
0.75 0.90 0.97
.íS Í? 0-050 0.65
50%
0.70
50%
1.05
0.80
40%
1.12
1.00 1.20
40%
1.40
40%
1.68
1.25
40%
1.75 2.10
150
40%
1.60
35%
216
1.75
35%
2.35
2.00
35%
2.70
250
30%
3.75
3.00
30%
3.90
3.50
30%
4.55
4.00
30%
5.20
4.50
30% 30%
6.50
5.00
5.85
5.50
30%
7.15
6.00
30%
7.80
205
2.2 Com posición y funcionam iento
tensora en el foso del recinto, se mueve un cable de acero unido por uno de sus ramales al paracaídas de la cabina. Mientras la cabina se desplaza a su velocidad nominal, el cable del limitador se desplaza con ella (Figura 2.97). Pero en cuanto, por rotura de los cables de suspen sión o por otra causa, la cabina empieza a descender con movimiento acelerado, al llegar a adquirir una velocidad prefijada, se bloquea la polea del limitador y con ella el cable, dando un tirón a la palanca del paracaídas a que va fijado, y accionando así el mecanismo que apretará las zapatas sobre las guías y detendrá la cabina. Las velocidades del aparato elevador para las que debe actuar el limitador de velocidad están fijados por el Reglamento de Aparatos Elevadores (Tabla 2.30). En otros Reglamentos, como el norteamericano, se fijan además de las velocida des a que debe actuar el limitador de velocidad las distancias mínimas y máximas de parada, como podemos ver en la Tabla 2.31.
T bl ir ^
11 V Í
’J
’H A i
Vcloqdad nominal (m/s)
...
.
-v rl.'íj'
Velocidad de frenado (m/s) * .. ' . / . *.
,
.
, ,
j
Distancia de parada máxima (cm) mínima
máxima
0-0.63 0.76
0.89 1.06
0.15 0.15
03 3 0.40
0.68
127
0.20
0.48
1.01
1.42
022
055
1.14
156
0.25
0.60
1.52
1 00
033
0.83
1.77
129
038
1.01
2.03
259
0.45
121
128
2.88
053
1.47
154
3.17
0.63
1.72
3.04
3.75
0.83
231
3.55
434
1.09
2.99
4.06
4.92
137
3.81
457
551
1.65
4.64
5.08
6.09
103
5.58
5.58
6.70 731
2.41 2.84
6.80
6.09 6.60
7.92
335
9.42
7.11
853
3.83
10.84
7.62
9.14
439
1144
8.02
206
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
En la Norma EN 81-1 se fijan las veloddades de disparo del limitador de veloci dad, que deben estar comprendidas entre los siguientes límites: Límite inferior:
115 por 100 de la velocidad nominal.
Límite superior:
(a) 0.80 m/s en paracaídas instantáneos de cuña (b) 1.00 m /s en paracaídas instantáneos de rodillos (c) 1.5 m/s en paracaídas instantáneos con efecto amorti guado para ascensores de velocidad nominal hasta 1 m/s (d) 1.25 v +
0 25
m/s para ascensores de velocidades supe
riores. En la Norma EN 81 se afirma que para ascensores de velocidades superiores a 1 m/s se debe elegir la velocidad de disparo más cercana al límite superior indicado.También según esta norma se indica que para ascensores de gran carga y baja veloddad se recomienda elegir la veloddad de disparo más cercana al límite infe rior. Cuando el contrapeso está dotado de paracaídas accionado por limitador de velocidad, debe actuar a veloddad superior a la fijada para la actuadón del paracaí das de la cabina sin que pueda excederla en más del 10 por 100. Existen dos tipos de poleas de limitador de seguridad: • Limitador de veloddad oscilante • Limitador de velocidad centrífugo En ambos casos, el objeto es el mismo: cuando el cable que drcula sobre la polea supera una velocidad, el cable debe bloquearse. En el primer caso es un gatillo osci lante el que se enclava al acelerarse y en el segundo, es la acción de la fuerza centri fuga la causante de la operación de frenada. La única ventaja que tiene uno sobre otro sistema, es que el centrífugo es más silendoso aún a velocidades elevadas, mientras que el osdlante puede generar derto nivel de ruido a partir de una determinada veloddad. En el limitador de velocidad oscilante de la Figura 2.98, al desplazarse el cable (1), hace girar la polea acanalada (2), y la rueda aladrada (4) unida a ella, produdendo la osciladón del gatillo (5), que se apoya en ella por su roldana (7) obligado por el resorte (6). Mientras el ascensor se desplaza con la veloddad nominal, el gatillo va siguiendo el perfil de la rueda (4). Pero en cuanto se acelera, no puede seguir la osdlarión, y antes de que se aleje su pico (5) lo sufidente de la rueda (4), se queda enganchado en el resalte (3) bloqueando el movimiento de la rueda cuadrada, y por consiguiente el de la polea (2) y el cable (1). Y como la cabina seguirá descendiendo y el cable sigue inmóvil, producirá el tirón de la timonería del paracaídas y el fre nado inmediato de la cabina.
12 Composición y funcionamiento
207
Figura 2.98 Limitador de velocidad oscilante. 1) Cable. 2) Pólea. 3-4) Rueda cuadrada. 5) Gatillo oscilante. 6) Resorte que tira del gatillo. 7) Eje de giro del gatillo. 8) Conjunto tensor del cable.
En el limitador de velocidad de centrífugo de la Figura 2.99, al girar con excesiva velocidad la polea (2) arrastrada por el cable (1) unido a la cabina, se produce la separación por la fuerza centrífuga de los contrapesos (3) hasta llegar a engatillarse con el resalte (5) del bastidor del limitador, venciendo la resistencia de los muelles (4) y produciendo el inmediato bloqueo de la polea (2) unida a los contrapesos, y del cable (1), que lo mismo que en el caso del limitador de velocidad oscilante, tirará de la timonería del paracaídas provocando su actuación. El tiempo de respuesta del limitador de velocidad debe ser lo suficientemente corto para evitar que la cabina pueda alcanzar una veloddad peligrosa en su caída, cuando actúe el paracaídas. En la Norma EN 81-1, se fija el esfuerzo mínimo sobre el paracaídas que debe hacer el limitador de velocidad como consecuenda de su disparo, que debe ser el mayor de los valores siguientes: (a) 300 N (b) o el doble del esfuerzo para que actúe eficazmente el paracaídas. Dice la Norma EN 81-1, que debe estar marcado el sentido de giro sobre la polea del limitador de veloddad que corresponda a su actuadón sobre el paracaídas. También en esa norma se dta que debe poder provocarse el bloqueo del limita dor a veloddad inferior a la máxima permitida para la cabina, para probar la actua dón del paracaídas. Para eso, algunos constructores montan una segunda polea en el mismo eje que la normal, pero de menor diámetro sufidente para que accione, movida por el cable, el limitador a la velocidad de disparo. Así no hay más que cambiar en la prueba el cable de la polea normal a la de prueba y comprobar si el limitador se bloquea y si actúa correctamente el paracaídas.
Capítulo 2 Ascensores y montacargas
208
1) Oíble. 2) Polca. 3) Contrapesos. 4) Resortes. 5) Topes fijos que detienen los contrapesos al separarse por la fuerza centrífuga.
También en la citada norma se menciona que el limitador de veloddad debe ser predntado después de ajustarlo a la velocidad de bloqueo.
Placa en el limitador de velocidad Sobre el bastidor del limitador de veloddad (Figura 2.100) debe colocarse una placa en la que se indique con caracteres indelebles: • Velocidad de disparo • Diámetro del cable • Tipo de cable
^^Fabrkanle Cortfr. de homo!
m/s
Velocidad límite * tf
Cable de acero de $ "^Composición
---------
~l mm
' ^
Figura 2100 Placa que debe figurar en el limitador de velocidad.
22 Com posición y funcionam iento
209
DISPOSITIVO ELÉCTRICO DE SEGURIDAD DE LOS LIMITADORES DE VELOCIDAD De acuerdo con la norma EN 81, todos los limitadores de velocidad deben ir equipa dos con un interruptor que corte el circuito del motor o del freno ligeramente antes, o como máximo en el mismo momento de bloqueo. También la citada norma reco mienda que en el caso de que la veloddad de la cabina cuando marche en sentido ascendente pueda sobrepasar la velocidad nominal en el porcentaje fijado, lleve el limitador un interruptor que por lo menos corte el drcuito eléctrico del freno provo cando su bloqueo. Esta prtscripdón es obligatoria en el caso de que el grupo tractor sea de corriente continua, o se emplee el motor como medio de frenado, como ocu rre en los grupos equipados con motores de dos veloddades. La Norma EN 81-1 recomienda asimismo, que el limitador de veloddad u otro dis positivo reladonado con él, corte la serié general de la provoque y provoquen la parada del grupo tractor, antes de que la cabina en bajada o subida alcance la veloddad de blo queo del limitador Para veloddades inferiores a lm/s admite que este dispositivo: (a) Pueda intervenir solamente en el momento del bloqueo del limitador, si la velo ddad del ascensor está ligada a la frecuencia de la red de suministro, hasta la aplicadón del freno mecánico. (b) Deba intervenir antes que la velocidad de la cabina alcance el 115% de la velod dad nominal, si el ascensor es de tensión variable o a variadón continua de velo cidad.
2.2.2.7.2
Paracaídas
Paracaídas de aceleración Los paracaídas de aceleración actúan cuando la cabina adquiere una velocidad superior a la normal, a partir de un porcentaje prefijado, cualquiera que sea la causa de la aceleradón: rotura de los cables, rotura del grupo tractor, etc. El mecanismo del paracaídas es acdonado por el cable de un aparato denomi nado limitador de velocidad, que actúa cuando la cabina o el paracaídas rebasa el por centaje de aumento de velocidad para el que ha sido regulado. En el apartado anterior se ha analizado el limitador de veloddad. Cuando la veloddad de la cabina rebasa la espedficada en el mecanismo, se pone en marcha la timonería del paracaídas, que tiene como objeto transmitir la orden dada por el tiro del cable del limitador de velocidad para bloquear la cabina. La timonería es extremadamente simple (Figura 2.101). Cuando el cable del limitador de seguridad (1) se detiene a consecuenda del propio fundonamiento del limitador de seguridad, tira, acdonando una timonería (2), que hace desplazar en direcdón vertical a las dos varillas de actuadón (3).
210
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.101 Esquema de timonería de circuito de paracaídas. 1. Cable de limitador de seguridad 2. Tiomonería (palancas) 3. Varillas de actuación sobre el paracaídas. El detalle A se aprecia en las Figuras 2.102 a 2.104.
Se construyen dos tipos de paracaídas de aceleración: • Los paracaídas de acción instantánea. • Los paracaídas de acción progresiva. PARACAÍDAS DE ACCIÓN INSTANTÁNEA En los paracaídas de acción instantánea, el cable del limitador de velocidad no hace más que tirar de la timonería que acciona las zapatas, que al deslizarse sobre el plano inclinado en que están instaladas, se acercan, presionan y se agarran cada vez con más fuerza sobre las guías, hasta llegar a producir el acuñamiento del bastidor de la cabina o el contrapeso (Figura 2.102). Por tanto, el tirón del cable del limitador es como el disparo que pone en marcha el dispositivo, pues la detención de la cabina o el contrapeso lo produce el acuñamiento de las zapatas sobre las guías. Las zapatas más utilizadas son las de cuña (Figura 2.102). Los de rodillo (Figuras 2.103 y 2.104) son usadas aunque en menor proporción. Las zapatas de cuña (Figura 2.102) tienen como su nombre indica, forma de cuña, con la superficie que se pone en contacto con la guía, estriada o dentada para aumentar el agarre. Las zapatas de rodillos (Figura 2.103) están formadas por un rodillo moleteado (1) montado en s brazo (2) que gira solicitado por el cable del limitador de velocidad
22 Composición y funcionam iento
Figura 2.102 Paracaídas de acción instantánea con zapatas
de cuña (detalle A d e la Figura 2.101) 1. Guía 2. Varilla de actuación 3. Zapata de cuña 4. Carcasa de paracaídas
Figura 2103 Paracaídas de acción instantánea con zapatas de rodillo (detalle A de la Figura 2.100) 1. Guía 2. Varilla de actuación 3. Zapata de rodillo 4. Carcasa de paracaídas
212
Capítulo 2 Ascensores y montacargas
Figura 2.104 Paracaídas de acción instantánea con zapatas
de rodillo de ejes excéntricos (detalle A de la Figura 2.100) I. Guía 2. Varilla de actuación 3. Zapata de rodillo de ejes excéntricos 4. Carcasa de paracaídas
a través del tirante (3) hasta quedar encajado entre guía y su alojamiento en forma de plano inclinado que lo aprisiona contra aquélla. El descenso de la cabina lo encaja cada vez más, hasta llegar a detenerla. También se construyen zapatas de rodillos con el eje descentrado (Figura 2.104) que al girar obligados por el roce con la guía se encajan entre su propio eje y la guía hasta detener el descenso de la cabina. Las zapatas de rodillos producen un frenado algo más suave que las de cuña. Por este motivo los coeficientes que afectan al peso de la cabina, para calcular el esfuerzo que tienen que soportar las guías en el frenado de paracaídas es 25 cuando son de cuña y 15 cuando son de rodillos.
Esfuerzos en el frenado de los paracaídas instantáneos Los paracaídas instantáneos, sobre todo los de cuña, detienen la cabina como si cho casen con un obstáculo ligeramente elástico. El Reglamento Belga les supone un recorrido de 25 mm (0.025 m) después de iniciar su actuación, pero en la práctica el recorrido es menor. En estas condiciones, el esfuerzo que tienen que realizar los paracaídas para absorber la energía cinética de las masas en movimiento en tan corto espacio es muy grande, como puede verse en la Figura 2.105. Y no sólo es el material el que sufre los efectos del choque, sino también, y diría mos mejor, sobre todo, los pasajeros. Por eso su empleo está limitado a los ascenso res de velocidad reducida, aún con el dispositivo amortiguador bajo el suelo de la cabina.
22 Com posición y funcionamiento
213
F F
é /
d Figura 2.105 El esfuerzo de frenado (F) en los paracaídas de acción instantánea, crece rápidamente y en teoría, ilimitadamente.
Dispositivo amortiguador Los paracaídas instantáneos sólo se permite emplearlos para ascensores de veloci dades hasta 0.80 m/s y montacargas de velocidades hasta de 150 m/s. No obstante, se pueden utilizar los paracaídas instantáneos, en ascensores de velocidades hasta de 1 m/s siempre que se dote a la cabina de algún dispositivo amortiguador, que evile el golpe seco del frenado, admitiéndose una deceleración máxima de 2.5 g. Este dispositivo amortiguador está generalmente formado por tacos de caucho colocados entre el suelo de la cabina y el bastidor (Figura 2.106).
Figura 2.106 Disposiiixx) amortiguador formado por tacos de
caucho entre el suelo de la cabina y el bastidor que permite emplear los paracaídas instantáneos en ascensores de velocidades comprendidas entre 0.8 y 1.00 m/s (1/ Taco de caucho (2) Chapa envolvente de la cabina. (3) Bastidor inferior. (4) Perno de unión.
214
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.107 fórjentelas de acción progresiva de husillo. 1. Husillo
2.Cable del limitador de wlocidad.
PARACAÍDAS DE ACCIÓN PROGRESIVA Los paracaídas de acción progresiva frenan la cabina aplicando con una fuerza de magnitud controlada, las zapatas de freno del paracaídas sobre las guías. Los paracaídas de este tipo más utilizados son los de husillo y los de resorte. Paracaídas de acción progresiva de husillo En los paracaídas de husillo, el esfuerzo de frenado se origina en el tiro que rea liza el cable del limitador de velocidad al quedar éste bloqueado y seguir descen diendo la cabina. El cable (1) entonces hace girar (Figura 2.107) el husillo (2) en el bloque, lo que produce el desplazamiento axial y el empuje de las piezas sobre las zapatas y éstas sobre las guías.
Paracaídas de acción progresiva de resorte En estos paracaídas (Figura 2.108) el esfuerzo de frenado está producido y contro lado por un resorte (3) que presiona las zapatas (4) sobre la cuña (1) que actúa sobre las guías del ascensor a través de las palancas (2). Al tirar de las zapatas, el cable del limitador de velocidad, a través de un juego de palancas y tirantes, deslizan aquéllas sobre sus propias guías apretando cada vez con más fuerza las guías del ascensor, obligadas por el resorte que se comprime a medida que las zapatas avanzan por sus guías inclinadas.
2.2 Composición y funcionam iento
215
Figura 2.108 Riracaídas de acción progresiva de resorte.
En cuanto la fuerza de rozamiento de las cuñas sobre las guías del ascensor supon* la fuerza de adherencia del cable del limitador de velocidad sobre su polea, empezará a deslizarse éste, y la presión de frenado se mantendrá constante. En resumen, el resorte tiene como función producir el aumento progresivo del esfuerzo de frenado hasta llegar al máximo, que se mantiene, como en los paracaí das de husillo, constante, dependiendo su magnitud, como en éstos, del tiro del cable del limitador de velocidad.
Esfuerzos en el frenado de los paracaídas de acción progresiva El esfuerzo de frenado en los paracaídas progresivos (Figura 2.109) crece hasta que, como hemos dicho, se rebasa la fuerza de adherencia del cable del limitador de velocidad sobre su polea. Por esto, hay constructores que utilizan limitadores de velocidad especiales para tos paracaídas de acción progresiva con objeto de mejorar el esfuerzo de tiro que tiene que mantener su cable cuando actúa. La detención de la cabina se produce cuando el trabajo realizado en el desplaza miento de la fuerza de frenado haya igualado a la energía cinética de las masas en movimiento (área rayada de la Figura 2.109). Por eso, cuando la velocidad nominal del ascensor es elevada, el recorrido de la cabina antes de detenerse también lo es. Puede verse en la Tabla 2.31 que para velocidades de 7.60 m/s, admite el Regla mento americano recorridos de frenado hasta de 12.44 m.
216
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
/h
Á
L
Figura 2.109 Los esfuerzos de frenado en los paracaídis de acción progresiva crecen hasta su valor máximo, permaneciendo desde este momento constantes hasta la total detención de la cabina.
La Norma EN 81-1 fija la deceleración media que deben producir la actuación de los paracaídas progresivos entre 0.2 gn y gn, en caso de caída libre y con la carga nominal en la cabina. En el ejemplo antes citado, la deceleración con que se detiene la cabina en los 12.44 m es de 2.32 g, y si se toma la distancia mínima admitida (Figura 11.12), que es de 4.39 m, la deceleración es de 657 m/s2, que equivale a 0.67 g. Las dos decelera ciones están dentro de las admitidas por la Norma EN 81-1 citada. DISPOSITIVO ELÉCTRICO DE SEGURIDAD DE LOS PARACAÍDAS Los paracaídas de la cabina deben llevar un dispositivo eléctrico de seguridad que al actuar, corte la serie general de la maniobra, produciendo la parada del grupo tractor, antes, o a más tardar, al mismo tiempo que se produce el frenado de la cabina sobre las guías (Norma EN 81-1). Para velocidades inferiores a 0.50 se admite una velocidad máxima de 0.75 m/s, superior por tanto al 50% de la velocidad nominal, pero en este caso el paracaídas debe estar dotado de un dispositivo de accionamiento por rotura de la suspensión. En ningún caso el disparo del limitador podrá efectuarse a una veloddad infe rior a un 15% de la veloddad nominal. Paracaídas de rotura o desequilibrio de cables El paracaídas de rotura o desequilibrio de cables es un mecanismo que se instala en el bastidor del contrapeso, capaz de detenerlo en plena carga, en su descenso, acu ñado sobre guías en caso de rotura, aflojamiento o desequilibrio de los cables de suspensión.
2.2 Com posición y funcionam iento
217
Todos los paracaídas de rotura o desequilibrio de cables están constituidos fun damentalmente por un juego de palancas que liga el amarre de los cables con las zapatas de acuñamiento. Actualmente sólo se permiten estos paracaídas de rotura para los contrapesos cuando su rednto está sobre pasos o lugares frecuentados por personas y aún así si la velocidad del aparato elevador es inferior a 1.50 m/s si se trata de ascensores, y de 2.5 m/s para los montacargas. DESBLOQUEO DE LOS PARACAÍDAS La Norma EN 81-1 dice que los paracaídas, tanto de cabina como de contrapeso, después de haber actuado deben desbloquearse solamente desplazando la cabina o el contrapeso respectivamente hada arriba. En la Norma EN 81 se afirma también que después del desbloqueo, la puesta en marcha del ascensor debe requerir la intervendón de una persona cualificada para reponer la maniobra, cuyo drcuito se habrá abierto al actuar el paracaídas. V también dice que después del desbloqueo, debe el paracaídas quedar mecánicamente en condiciones de funcionar normal mente. 2 .2 .2 .7 .3
Amortiguadores
Los ascensores deben estar provistos de amortiguadores, para detener la cabina o el contrapeso en caso necesario. Los amortiguadores se sitúan generalmente en el foso al final del recorrido de la cabina o del contrapeso. Pero también pueden montarse en la parte inferior del bastidor de la cabina o del contrapeso. En este caso, según la Norma EN 81-1, deben golpear en el foso sobre un pedes tal, uno por cada amortiguador, de 0.50 m de altura para que quede espacio de pro tección en que resguardarse, en caso necesario, el personal de conservación que esté eventualmente trabajando en el foso. La Norma EN 81 prescribe el empleo de amortiguadores sobre el techo de la cabina en los ascensores de arrastre (de tambor de arrollamiento) capaces de entrar en acdón cuando los amortiguadores de la parte inferior del contrapeso estén total mente comprimidos. Los amortiguadores pueden ser de tres tipos: (a) Elásticos (de caucho). Se pueden utilizar cuando la veloddad de la cabina no
sobrepase los 0.60 m/s.
(b) De resorte. Se pueden utilizar cuando la veloddad de la cabina no sobrepase los 1.75 m/s. (c) Hidráulicos. Se pueden utilizar en cualquier caso. Los montacargas pueden utilizar topes elásticos. Los amortiguadores
elásticos están formados por un cilindro de caucho.
218
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Los amortiguadores de resorte son los que más se utilizan, están formados por un alambre o barra de acero de sección circular, arrollada en forma helicoidal. Para faci litar su fijación el muelle va soldado a una placa base. Estos amortiguadores tam bién denominados de acumulación de energía, pueden ir equipados con amortiguadores de retomo. Los amortiguadores hidráulicos están formados por un émbolo hueco ajustado a un cilindro que forma el cuerpo del amortiguador. El cilindro contiene un aceite especial, que al bajar el émbolo presionado por una carga exterior, va entrando en su interior a través de unos orificios, de sección regulable. De la sección total de los orificios depende la velocidad con que bajará el émbolo. Un muelle que se com prime al bajar el émbolo se encarga de reponerlo a su posición inicial, una vez que cese la fuerza que lo presiona. CARRERA MÍNIMA DE LOS AMORTIGUADORES La carrera de los amortiguadores tanto elásticos, como de resorte o hidráulicos, ha de ser como mínimo igual a la distancia de parada por gravedad a 115% de la velo cidad nominal, o sea a: C = 0.070 V2 (expresando la velocidad en m/s). Desarrollando la fórmula según las velocidades más utilizadas se obtienen los valores para las carreras, que figuran en la Tabla 232. Si se emplean amortiguadores hidráulicos, la deceleración máxima será de 2.5 gn en el caso de la cabina ocupada por una sola persona.
Tabla 2 .3 2 Carreras míi
___'■'• ti:--'--- -- '
Velocidades en m/s Carrera de los amortiguadores en m
- r« 0.70
0.80
1.00
1.25
1.50
2.00
3.00
0.0343
0.0458
0.07
0.1003
0.1575
0.28
0.63
LOS AMORTIGUADORES EN LA NORMA EN 81-1 La Norma EN 81-1 distingue tres clases de amortiguadores: (a)
Amortiguadores de acumulación de energía, que no pueden emplearse más que para ascensores de velocidad nominal no superior a 1 m/s.
(b)
Amortiguadores de acumulación de energía, con amortiguación del movimiento de retorno, para ascensores de velocidad no superior a 1.6 m/s.
2 2 Composición y funcionam iento
219
(c) Amortiguadores de disipación de energía, que pueden ser empleados en ascenso res de cualquier velocidad. Estos amortiguadores deben estar equipados con un dispositivo eléctrico de seguridad que impida el funcionamiento del ascensor mientras no retornen a su posición normal. La carrera posible de los amortiguadores de acumulación de energía tengan o no amortiguación del movimiento de retomo, será por lo menos igual a dos veces la distancia de parada por gravedad con velocidad de 115 % de la veloddad nominal, o sea 2 x 0.067 v2 aproximadamente igual a 0.0135 v2, expresando la carrera en metros y la velocidad en m/s. La carrera posible de los amortiguadores a disipación de energía debe ser al menos igual a la distancia de parada por gravedad a 115 % de la veloddad nominal, o sea 0.067 v2 expresando la carrera en metros y la velocidad en m/s. EMPLAZAMIENTO DE LOS AMORTIGUADORES Los amortiguadores se situarán de manera que cuando la cabina esté en su parada inferior, la distanda entre las placas topes del fondo de la cabina y la parte superior de los amortiguadores en su posidón normal (extendidos), sea como mínimo 8 cm para los ascensores de adherencia y 16 cm para los ascensores de arrollamiento. De la misma manera, cuando la cabina esté en su parada superior, la parte infe rior de los amortiguadores del contrapeso deben quedar a una distancia de la parte inferior de éste, superior a 8 cm para los ascensores de adherenda y 16 cm para los ascensores de arrollamiento. RECORRIDOS LIBRES DE SEGURIDAD En los ascensores de adherencia, se deben cumplir las siguientes condidones: (a) Cuando la cabina o el contrapeso se encuentren sobre sus topes o amortiguado res totalmente comprimidos, el recorrido aún posible en sentido ascendente del contrapeso o de la cabina ha de ser por lo menos R = 0.035 V2 m (expresando la velocidad en m/s) y como mínimo 0.20 m. 0.035 V2 representa la mitad de la altura necesaria para que se detenga por la acdón de la gravedad, la cabina subiendo a una velocidad igual a 115 % de su velo cidad nominal, es dedr: R = i (1125gV)2 = 0.0337 V2 y redondeando = 0.035 V2
(2.92)
(b) Cuando el contrapeso se encuentre sobre sus amortiguadores totalmente com primidas, la distanda mínima entre el techo de la cabina y su parte más saliente más baja del recinto será superior d = 1 + 0.035 V2 m (expresando la velocidad en m/s).
220
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Tabla 2.33 Recorrido: ; posibles tM a r i d a d Y d is tíñ f iás ¿ e l i?¿h o r ^'e cabi{¡b a l.n' ^ parte m ás baja d( recinto, |uara los ascensores dé tracción por adherencia . - i.........- ‘ r u. . ' 1 Velocidades en m/s
0.70
0.80
1.00
125
150
2.00
Recorridos en m
0.0171
0.0224
0.035
0.0546
0.0787
0.140
Distanda en m
1.0171
1.0224
1.035
1.0546
1.0787
1.140
Aplicando las fórmulas anteriores a las velocidades más corrientes se obtienen los valores que figuran en la Tabla 2.33. En los aparatos elevadores de tambor de arrollamiento se deben cumplir las siguientes condiciones: • Cuando la cabina se encuentre en sus paradas extremas, superior o inferior, el recorrido aún posible de la cabina hacia arriba en el primer caso, y del contra peso en el segundo, deberá ser por lo menos R = 0.16 + 0.65 V2 metros, expre sando la velocidad en m/s. • Cuando el contrapeso se encuentre en contacto con le» topes, la distancia entre el techo de la cabina, y la parte más baja del techo del recinto deberá ser como mínimo d = 1 + 0.65 V2. Aplicando a las fórmulas anteriores las velocidades más corrientes, se obtienen los valores que figuran en las Tablas 2.34.
i Jabla 2 .3 4 Recorridos posibles ¿ S l i S i * (j y dislanc ¡as ciel tecfro ;d e la c a b ¡n a a la . parte mas baja del recinto para los ascensor* • sa .^ C fió n p o rja m l ,.,r de arrollamiento a s a r a SEá Veloddades en m/s
0.70
0.80
1.00
1.25
150
2.00
Recorridos en m
0.4785
0.5760
0.8100
1.1756
1.6225
2.7600
Distanda en m
13185
1.4160
1.6500
2.0156
2.4625
3.6000
Amortiguadores de acumulación de energía El principal componente de un amortiguador de acumulación de energía es un resorte helicoidal de espiras de sección circular o cuadrada. Un amortiguador de este tipo se representa en la Figura 2.110. Resulta de interés la utilización de dos o tres resortes en paralelo, ya que la altura del amortiguador para este caso es menor que la necesaria para un único
222
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.112 Amortiguador de acumulación de energía compuesto por dos resortes
helicoidales en el fondo del contrapeso.
resorte. En la Figura 2.111 se representa un amortiguador compuesto por tres resor tes helicoidales en paralelo. En la Figura 2.112 se representa un amortiguador de acumulación de energía compuesto por dos resortes helicoidales con espiras de sección cuadrada, cada uno de ellos esta soldado a una placa base de acero y montado en una base de fijación. En los extremos de esta base de fijación se muestran los anclajes de las guías del ascensor. Cálculo de un amortiguador de acumulación de energía Dado que la tensión de torsión en el resorte helicoidal aumenta conforme dismi nuye la distancia del punto de evaluación de la tensión al eje del resorte es necesario inicialmente evaluar este factor mediante el denominado coeficiente de Wahl. Este coeficiente está dado por la siguiente fórmula:
d - 0 *2 5 . 0.615 d
T d
El proceso de cálculo consta de las siguientes etapas:
223
2.2 Composición y funcionam iento
(a) Se estima la relación Ds/d y se obtiene el coeficiente de Wahl según la expresión anterior. Normalmente se toma una relación de Ds/d entre 6 y 15. (b) Se determina la tensión admisible a torsión del material. Se suele obtener de tablas de materiales, en caso de estimación se toma la resistencia a tracción del material multiplicada por un factor de 0.28. xT = 0.28 o,
(2.94)
8Fm, „ x D x y max 71X d^
(2.95)
(c) De la ecuación siguiente:
donde Fmax es la fuerza en (N) con el resorte totalmente comprimido, se despeja el valor del diámetro de la espira, d:
d ~ íjI
7 k1 X x TÍ j ~
x H(mm) d
(2%)
De acuerdo con las especificaciones europeas, la máxima fuerza a realizar por el amortiguador es: Fma*=4(Q + K)g
<2-97)
(d) Conocido el diámetro de la espira d y estimada la relación Ds/d se puede calcu lar el diámetro nominal del resorte. (e) Determinación del numero de espiras activas del resorte helicoidal La compresión del resorte puede expresarse mediante la ecuación: F = k •x
(2.98)
donde k es la rigidez del resorte helicoidal, pudiéndose expresar x como: x = ♦•2 tomando
(2.99)
el ángulo de torsión la siguiente expresión: MT x 1 ♦ =
(2100)
donde Mt es el par de torsión (N m), 1 es la longitud del resorte sometida a tor sión, G es el modulo de cortadura del material y J es el momento de inercia polar de
224
Capítulo 2 Ascensores y montacargas
la sección de la espira (en tomo al eje perpendicular a la sección en el centro de esta). Como ya es conocido: Mt = ^ 2~~(N mm)
(2.101)
1 = n x D x n (mm)
(2.102)
donde n es el numero de espiras activas del resorte, J =
(2.103)
Sustituyendo (2.100), (2-101), (2.102) y (2.103) en la ecuación (2.99) se tiene:
X"
8 F x D3xn G x d4
(2.104)
Combinando las ecuaciones (2.98) y (2.104) resulta: F k
8F x D3 x n Gxd4
(2.105)
y por lo tanto, n, el numero de espiras activas toma la siguiente expresión: n =
Gxd4 8 x D3 x k
(2.106)
(0 Determinación de la rigidez del resorte La rigidez del resorte se necesita conocer para determinar n. La carrera del amortiguador es el mayor de los siguientes dos valores fmax = max |65 mm o 0.135 v2}
(2.107)
y la máxima fuerza a realizar por el amortiguador es: Fmax = <(QU+ Qb)gn
<2108)
luego la rigidez del resorte vendrá dada por la relación: k - W
U .
(2.109)
12 Composición y funcionam iento
225
) > )
> ) ■>
3 )
3 3 3 }
3
3 3
3 3 3 Figura 2.113 Amortiguador de disipación de energía 1. Cilindro
interior 2. Pistón 3. Vastago 4. Resorte de compresión 5. Deposito de aceite 6. Bloque de contacto con la cabina o contrapeso 7. Resorte auxiliar
3 3 3
3 Amortiguadores de disipación de energía A diferencia de los amortiguadores de acumulación de energía, este tipo de amorti guadores pueden diseñarse para inducir una fuerza constante durante la maniobra de frenada de la carga. Aunque la construcción de un amortiguador de disipación de energía es dife rente a la del de acumulación, el principio general en el que se basa es el mismo: el amortiguador debe ser capaz de convertir la energía cinética de la cabina o contra peso en el instante del impacto en calor y en energía potencial debido a una dismi nución de la altura del amortiguador. En la Figura 2.113 se representa un amortiguador de disipación de energía.
3 3
3 3 3 3 3 *3
226
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Cuando se produce el contacto entre el cuerpo móvil y el amortiguador, el pistón comienza a descender obligando a desplazar el aceite desde el cilindro interior hasta el exterior a través de un numero de orificios. Estos van disminuyendo en número y en tamaño conforme el pistón va avanzando retardando el movimiento y consiguiendo que cabina o contrapeso se detengan de una forma progresiva y suave.
Cálculo de un amortiguador de disipación de energía La ecuación de continuidad que representa la igualdad de volúmenes de aceite des plazado por el pistón y el forzado a través de los agujeros de escape en el cilindro está dada por la expresión: vxSp = w xqyxn
(2.110)
donde v es la velocidad del pistón en (m/s), Sp es el área del pistón en (m2), w es la velocidad de descarga en (m/s), qy es el área total de los agujeros de escape por debajo del pistón en (N/m2) y Ji es el coeficiente de descarga. La velocidad de descarga está dada por:
w =
(2.111)
donde p es la presión específica del aceite (N/m2) y y es la densidad del aceite (kg/n/). La siguiente fórmula corresponde a la presión específica:
p = £ xSH ¡¡;)2
(11,2)
y por lo tanto la fuerza de retardo:
F = pxS = XxS3xQ^)2
(2-H3)
sustituyendo en la ecuación (2.113) v = (2gn y)05 correspondiente a la caída libre, se tiene:
F =
(i2
p qj
(2.114)
12 Composición y funcionamiento
227
Suponiendo que F permanece constante durante la acción de frenada del amorti guador, se tiene: y = const.xq*
(2.115)
esta ecuación formula una relación parabólica entre ambas variables. Como esta ecuación tiene una validez general, se puede escribir h = const.xqg
(2.116)
donde h es la caída total del amortiguador (m) y qQes el área total de todos los agu jeros de escape. Como se ha visto anteriormente, la fuerza inicial de retardo Fu depende sola mente de la velocidad inicial o de impacto vQ y no depende de la velocidad de bajada de la cabina. Su valor puede calcularse muy fácilmente para a = gn F„ = 4
(2.117)
Si la carga útil vana, la fuerza de retardo F variará también. En la Figura 2.114, se tiene como la línea original constante F (1) para la carga total M = Qu + Q,. F se con vertirá en M > Q + Qb (2) o en M < Qu + 0^(3), ya que el trabajo realizado por el amortiguador será igual a la suma del la energía cinética de la cabina o contrapeso en el momento del impacto más la energía potencial correspondiente a la bajada final del amortiguador.
Fuerza de retardo
Figura 2.114 Relación entre fuerza de retardo
y recorrido del pistón.
228
Capíluto 2
Ascensores y montacargas
Si la carga total se indica como: M = e(Q u + Qb)
(2.118)
donde 9 es el coeficiente, entonces la fuerza de retardo toma la siguiente expresión: Fo = M x ( g n + a) = 0(Q u + Qb) x ( g n + a)
(2.119)
y la aceleración de retardo:
sustituyendo en (2.119) F = F0 de la ecuación (2-117), se obtiene la aceleración inicial de retardo:
(2. 121)
Consecuentemente la línea horizontal M = Q u + Qb, se convertirá en M > Q u + Qb si la aceleración inicial de retardo es menor que la de la gravedad (g,^) o en M < Qu + Qb s¡ aceleración inicial de retardo es mayor que la de !a gravedad (gn)
Las ecuaciones iniciales (2.119) y (2.113) para una fuerza de retardo F pueden escribirse en la forma:
2 122)
( .
y (2.123)
De forma similar, se puede desarrollar una fórmula para la fuerza Fo;
(2.124)
2.2 Composición y funcionamiento
229
En base a las ecuaciones anteriores (2.116) y (2.117) se puede obtener la relación de fuerzas F/F0:
Fo
C125)
y
k
y rcagrupando esta última ecuación: y x F = FQx - ^ x v 2
<2-126)
Por diferenciación y sustitución por v (dv/ dy) de la ecuación (2.123) se tiene la siguiente ecuación diferencial:
X
dy
= _L
dF
Fo . . 2 h
2g„xhxF0
MXv2-^
X F - - S 2 — -----S
(2.127)
Definiendo las siguientes constantes por simplificación: 2h x F C, C , . _ r SyC1 - - ¿ - 1 vo
(2.128)
se obtiene la siguiente expresión simplificada:
y
= _____ ÉE_____ Cz x F - C , x g „
(2129) U '
Integrando esta ecuación y tomando como límites h-y y F0-F se obtiene: v
i
C9 x F - C, x g
Despejando F: (C2 x F0 - C, x g„) x ( * ) ' ’ + C, x g„ F = --------------------- 7^ - --------------
(2.131)
2
Como se apiecia en esta ecuación, la fuerza inicial F depende sólo de la veloci dad inicial v mientras que al final del impacto, la fuerza de retardo F depende esen cialmente de la carga sobre el amortiguador M.
230
Capitulo 2
Ascensores y montacargas
Tomando ecuaciones (2.122) y (2.131) se obtiene una relación similar entre la ace leración de retardo a y la posición del pistón:
(C2 x F0 —C ,x g n) x ( £ ) C% c 1xg,1- c 2x M x g n a * ------------------------ C ^M -----------------------
(2132)
Ejercicio 2.15 Ejemplo Un ascensor de 320 kg de carga de pasaje y de 280 kg de peso de la cabina tiene una velocidad de cabina de 1.5 m/s. Calcular los dos amortiguadores de resorte necesarios utilizando la norma EN 81-1. La resistencia a tracción del acero empleado es de 1 GPa.
Solución
Estimamos una relación de D/d = 6 como punto de partida.
A continuación determinamos la máxima tensión permisible a torsión t . Nor malmente el valor de esta tensión es función de la resistencia a tracción del alambre ot: t
tt
= 0.28 ot (MPa)
según el enunciado del problema: o, = 1000 MPa xT = 0.28 a, = 0.28 •1000 = 280 MPa Calculamos Fmax que es la fuerza en (N) para cada resorte totalmente compri mido: Fma* = 4(QU+ Qb)gn/2 = 4(300 + 300)10/2 = 12 000 N Hemos estimado una relación de D/d = 6, acudiendo a la fórmula (2.93), obtene mos el coeficiente de Wahl cuyo valor aproximado es 1.25. Sustituyendo en la fór mula siguiente podemos obtener el diámetro de la espira.
231
2.2 Composición y funcionamiento
Tomamos como diámetro de la espira 28 mm, y por lo tanto calculamos el valor del diámetro del resorte pues conocemos la relación D/d. D/d = 6=* D x d = 6 x 2 9 = 174mm Conocidas las dimensiones del resorte se procede a determinar el número de espiras activas del resorte helicoidal. El número de espiras se obtiene con la siguiente expresión:
n
G xd4 8D3 x k
donde: G = módulo de cortadura del material (Pa) n = número de espiras activas del resorte Para poder determinar n, es necesario conocer el valor de la rigidez del resorte k, sabiendo que la rigidez del resorte viene dada por la relación ^ = Fmax! ^max La carrera del amortiguador según la Norma EN 81-1, es el mayor de los siguientes dos valores: fmax = max{65 mm ó 0.135 v2l (con fmax en metros y v en m/s) en este caso 0.0135 v2 = 0.135 •1.52 = 0.30375 m * 304 mm, por ello se toma como carreta máxima del amortiguador 304 mm. Además, la máxima fuerza a realizar por cada amortiguador es: Fmax
= 4(Qu + Qb)gn = 4(320 + 280)10/2 = 12 000 N
por lo tanto: k = Fmax/fmax = 12000/0.304 = 39 473.68 N/m con lo que el número de espiras activas será (tomamos como módulo de cortadura del material 80 •109 Pa): _ G x d 4 80 109 x 0.0294 = ^ " “ 8D3 xk 8 0.1743 x 39 473.68
232
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
por lo tanto nuestro resorte será un resorte helicoidal con las siguientes dimensio nes: D = 174 mm d = 29 mm n = 34 Normalmente se tomas relaciones de D/d entre 6 y 15, y como vemos en nuestro amortiguador encaja perfectamente, ya que D/d = 174/29 = 6. Calculamos el coefi ciente de Wahl: 2 _ o .2 5
d
0.625
— -0.25 29
0.625
-
v = IT T = 17 T =( } d d 29 d que como vemos es muy aproximado al que habíamos supuesto de 1.25.
Ejercicio 2.16 Ejemplo Un ascensor de 1200 kg de carga de pasaje y de 1460 kg de peso de la cabina tiene una velocidad de cabina de 1.8 m/s. Calcular el amortiguador de disi pación de energía necesario utilizando la norma EN 81-1. suponer que existen dos amortiguadores en el foso. Solución Como la carreta posible de los amortiguadores a disipación de energía debe ser al menos igual a la distancia de parada por gravedad a 115 % de la veloci dad nominal, o sea 0.067 v2 expresando la carrera en metros y la velocidad en m/s, calculamos el recorrido que debe de tener el amortiguador h = 0.067 v2 = 0.067 - 1.82 = 0217 m = 217 mm siendo la velocidad inidal del impacto v0 = 1.8 m/s La carga total será: M = (Q u + Q b) = (1200 + 1460)/2 = 1330 daN La fuerza inidal de retardo F0 depende solamente de la veloddad inidal o de impacto v0 (velocidad inidal). Su valor se puede calcular como: F0 = (Qu + Qb) gn =2(1200 + 1460)10 = 26 600 N
22 Composición y funcionam iento
233
Los valores constantes Q y C2 se pueden calcular como: 2h x Fq
c >=
2 0.217 x 26600
=—
ÍP —
c* = S - 1 = H
= 3563
r 1 = L678
Calculamos la fuerza de retardo para el caso de que el amortiguador se com prima totalmente, es decir, hacemos y = 0 y sustituimos en la ecuación:
(1.678x26 60O -3 5 6 3 x lO ) íjp M 16' 8 + 3 563xlO F = -------------------------------------------------------------------- = 21 233.6 N
Diseñamos un cilindro de 200 mm de diámetro y unos orificios de 10 mm de diá metro. El coeficiente de descarga de los orificios es del 90% y la densidad del aceite es de 900 kg/m3. Para obtener el número de orificios que son necesarios tendremos que aplicar la fórmula:
F= I^xS^xi = IÍ|»xS3x^ n2
p q2
H2
p (nq)2
N M ^2
p q2F
Siendo: Sp es el área del pistón en (m2), qy es el área total de los agujeros de escape por debajo del pistón en (m2) p. es el coeficiente de descarga yes la densidad del aceite (kg/m3) Sp = n r = p 0.1002 = 0.0314 m2 qy = nnr2 = njrO.0052 = n 0.000078 m2 m = 0.9 Y = 900 kg/m3 n = /gP°,x 10 x o 0 3 1 4 ) 3 x -------- 0-217 = 11 0.92 ( 0.000078)2 21 233.6
2 4 .0 4
» 24
234
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
La aceleración de retardo en función de la posición del pistón toma la forma:
( C z x F j - q x g ^ x ^ ' +q x g n - q x g ^ M 3 =
C2 x M
/ n \1678 (1.678 x 26 600 - 3563 x 10) x [ 5 ^ 7 ] + 3 563 x 10 -1.678 x 10 x 1330 =
1.678 x 1330
= 5.% m/s2
2 .2 .2 .7 .4
Protección de las máquinas
La Norma EN 81, recomienda que se coloquen protecciones adecuadas en las piezas giratorias que pueden golpear o arrastrar enganchada la ropa del personal encar gado de la conservación y reparación de los ascensores. Especialmente deben protegerse: (a)
Chavetas y tornillos en los ejes.
(b) Cintas, cadenas y correas. (c) Engranajes y piñones. (d) Ejes salientes. (e) Limitadores de velocidad de bolas (tipo Watt). Las poleas de tracción, volantes de maniobra, tambores de freno y piezas análo gas redondas y lisas, bastará con pintarlas de amarillo, al menos parcialmente.
2 .2 .3
Partes eléctricas
El circuito eléctrico de un ascensor viene representado en el siguiente esquema (Figura 2.115) donde se diferencian tres grandes áreas: • tracción • cuadro de maniobra • alumbrado
2.2 Composición y funcionam iento
235
Figura 2.115 Esquema c/e un circuito eléctrico de un ascensor.
2 .2 .3 .1
El c irc u ito d e tra cció n
En lo que se refiere al circuito de tracción, existen los siguientes elementos: • Contactores • Inversores • Guardamotores • Interruptores Contactores Los contactores son interruptores que se maniobran a distancia, poniendo en ten sión su bobina de mando. Puede decirse que los contactores son relés de mayor tamaño y con contactos adecuados a las intensidades eléctricas que tienen que soportar sin deteriorarse. Los contactores pueden llevar un circuito de autoexcita
236
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
ción que los mantiene cerrados una vez presionado el pulsado M de mando, y así permanecen mientras no se presiona el pulsador de parada P, que abre el circuito de autoexcitación. Los contactores se utilizan en la maniobra de los ascensores para cerrar el cir cuito del motor del grupo tractor, después de entrar el inversor que determina el sentido de giro del motor, para subida o descenso de la cabina.
Inversores Los inversores se denominan así porque sirven para invertir el sentido de giro de los motores. Son similares a los contactores. Como los motores que utilizan los ascensores son en general trifásicos, y para variar su sentido de giro es suficiente alternar dos fases, los inversores de los ascensores son bipolares. Así, hay un inver sor de subida que conecta dos fases en un orden determinado, y da el sentido de giro del motor, que hace subir el ascensor, y otro de bajada que alterna la conexión de las mismas fases, y da el sentido de giro al motor que hace descender el ascensor. Los inversores utilizados en los ascensores llevan además de los contactos prin cipales que sirven a la alimentación de los motores, otros auxiliares, como por ejem plo los que sirven para cerrar el circuito que desbloquea el freno.
Guardamotores Los guardamotores o contactores protectores, son aparatos que además de servir como los contactores, para maniobrar los motores a distancia, los protegen contra las sobrecargas que se producen en sus devanados cuando falta una fase, o cuando hay un defecto de tensión, o simplemente porque se sobrecarga excesivamente la cabina. Los guardamotores van equipados con dispositivos de protección térmica for mados por una lámina bimetálica, que al calentarse por una sobreintensidad, cual quiera que sea su causa, abre el circuito potencial que conectaba, al estar cerrado.
Interruptor general El circuito de tracción lleva siempre implantado un interruptor general para poner en marcha o desconectar todo el circuito eléctrico. En el apartado 2.2.2.7.1 vimos que los dispositivos de seguridad iban equipados con interruptores que intercalados en el circuito de alimentación de la maniobra, como veremos en el apartado 2.2.3.2 lo cortan en cuanto se produce algún fallo o falsa maniobra en el funcionamiento de algún órgano esencial del ascensor.
2.2 Composición y funcionam iento
2 .2 .3 .2
237
El c ircu ito d e m aniobra
El circuito de maniobra de los ascensores ha evolucionado a una velocidad vertigi nosa en las últimas décadas. Desde principios del siglo XX hasta la década de los setenta, se trabajó en el campo denominado electromecánica. Es decir, los cuadros de maniobra se construían con componentes electrónicos y mecánicos. Su elemento más típico era el relé. Aún se uti lizan hoy en día ya que su instalación y mantenimiento son muy simples, y por lo tanto económicos. Los fallos se resuelven sustituyendo el relé en mal estado por uno en buenas condiciones, por lo que no se precisa de mano de obra especializada. Así, para ascensores de bajas prestaciones (baja carga útil y escasa frecuencia), montacargas y montaplatos, el cuadro tradicional, electromecánico, basado en relés constituye una solución idónea ya que el circuito ocupa poco espacio y es una insta lación muy sencilla y económica. Ahora bien, cuando se está proyectando un ascensor de prestaciones medias o altas, con frecuencias elevadas y con una gestión de tráfico compleja, el número de relés necesario haría que la instalación fuera imposible de implantar. En la década de los setenta, aparecieron los transistores y los circuitos integra dos, que permitían llevar a cabo maniobras de mayor complejidad ya que el tamaño del cuadro de maniobras era mucho menor que el necesario para los relés tradicio nales. En la década de los ochenta, aún se dio un paso más, con la aparición del microprocesador, un mecanismo con entradas (inputs) y salidas (outputs) que se pro grama para que ejecute unas órdenes en unas determinadas condiciones. Se pueden llevar a cabo maniobras de gran complejidad con programas muy simples. Recientemente ha aparecido la denominada electrónica distribuida, que se com pone de varios módulos distribuidos a lo largo de la instalación, llevando cada módulo su propio procesador y siendo cada uno responsable de una serie de fun dones. Lógicamente, todos los módulos están conectados entre sí. Finalmente, cabe mendonar que los más recientes cuadros de maniobras llevan implementados el convertidor de frecuenda, mecanismo ya comentado en el punto 2.2.3.1 de este texto, dedicado a motores de corriente alterna. Los elementos que están presentes en los diferentes cuadros de maniobras comentados con anterioridad son los siguientes: • Pulsadores • Interruptores y conmutadores • Relés • Transformadores • R ectificadores
238
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
• Diodos • Transistores • Tiristores
Pulsadores El pulsador de la botonera tiene como misión la de transmitir órdenes con eficacia para que pulsación tras pulsación, se siga transmitiendo al sistema operativo las indicaciones del usuario, salvando problemas de gran volumen de órdenes, cam bios climáticos, variaciones de humedad y vandalismo. Existen de tres tipos: • Electromecánico o también denominado de contacto bimetálico • De microcontacto o microprruptor • Electrónico El primer tipo de pulsador de las botoneras de los ascensores son los denomina dos electromecánicos, compuestos de un botón o plaquita de un material aislante, que presiona, al pulsarlo, dos contactos eléctricos y un muelle recuperador. Estos pulsadores con el botón o la plaquita de plástico traslúcida, llevan en muchas insta laciones la señalización luminosa incorporada para indicar que ha quedado regis trada la llamada, para señal de ocupado, o bien para indicar el piso por el que pasa la cabina, haciendo entonces el conjunto de la botonera, también, de indicador de piso. Los pulsadores con microrruptor o microcontacto de muy pequeño recorrido hacen prácticamente imperceptible el movimiento del pulsador utilizándose en ins talaciones más sofisticadas. Se emplean también pulsadores denominados electrónicos o de contacto como los capacitativos, en los que el simple contacto del dedo modifica la capacidad de un condensador que forma parte de un circuito eléctrico-electrónico que actúa cerrando el circuito de la maniobra. Se utilizan indistintamente los tres tipos, se están estudiando sistemas avanza dos que formarían parte del denominado "ascensor inteligente" que pasaría por la transmisión de órdenes sin ningún tipo de contacto físico entre usuario y cabina. Sistemas como la detección de voz, cámaras detectoras, etc entrarán posiblemente en funcionamiento en un futuro próximo. Respecto a la iluminación de los pulsadores, en la década de los ochenta se intro dujo el conocido LED o diodo emisor de luz que ha venido a sustituir a la lámpara de filamento incandescente.
2.2 Com posición y funcionamiento
239
Interruptores y conmutadores Los dispositivos de seguridad van equipados con interruptores que intercaladas en el circuito de alimentación de la maniobra, su misión es cortar el circuito en cuanto se produce algún fallo o falsa maniobra en el funcionamiento de algún órgano esen cial del ascensor. Además se utilizan en los ascensores otros interruptores y conmutadores que fijados a lo largo de las guías, sirven para introducir variaciones en el circuito de maniobra, al ser accionados por el paso de pantallas magnéticas o resbalones fijados en los costados de las cabinas. Estas interruptores pueden ser mecánicos, magnéticos de pantalla y magnéticos de imán. Interruptores y conmutadores mecánicos Los interruptores están formados por una caja de material plástico o de chapa estampada o de aluminio moldeado, en la que van dos conmutadores debidamente aislados, que se intercalan en el circuito que se trata de interceptar o cerrar. Hay dos tipos de interruptores mecánicos, los giratorios que son los que más se emplean, y los deslizantes. En los interruptores giratorios, la pieza móvil gira alrededor de un eje, al que va unida solidariamente una pieza de material aislante, que al girar deja libre la lámina elástica de uno de los contactos, deformada en posición de reposo del interruptor, con lo que cierra el circuito al presionar con el otro contacto fijo. Un muelle antago nista arrollado al mismo eje de giro obliga a la pieza móvil a volver a su posición de reposo, en cuanto deja su rueda de ser empujada por el resbalón. Los interruptores mecánicos giratorios generalmente sólo se emplean para los fines de carrera. En los interruptores mecánicos deslizantes, la pieza móvil es un cursor, con un puente aislado de él, en uno de cuyos extremos lleva un muelle que lo empuja y lo obliga a mantenerse en la posición que cierra el circuito de los dos contactos. En el otro extremo del cursor hay una roldana con llanta de goma, que es empujada por un resbalón que lleva la cabina, cuando pasa ésta por delante del interruptor y al deslizarse el cursor, se desliza el puente aislado, solidario con él y abre el circuito entre los dos contactos. El mecanismo deslizante tal como se ha descrito, sólo se utiliza actualmente para los microinterruptores que llevan algunos de los dispositivos de seguridad. Interruptores magnéticos de pantalla Los interruptores magnéticos de pantalla están formados por una caja en forma de U, de un material no magnético como plástico o aluminio, en uno de cuyos brazos va el intemiptor propiamente dicho, formado por dos laminillas. En el otro brazo
240
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
de la caja, va otro imán permanente que atrae y separa una lámina de la otra, o la junta, según que en la posición de reposo el interruptor esté abierto o cerrado. Este interruptor va fijado a una guía de la cabina, y en un costado de ésta va una chapa de acero que se denomina pantalla porque al pasar frente al interruptor lo hace por el hueco de la U, aumentando la reluctancia magnética entre el imán y la laminilla, con lo que deja de atraerla y cierra o abre el interruptor según que estuvieran sepa rados o en contacto las laminillas, en posición de reposo. Para paradas y cambios de velocidad se utiliza más la combinación contraria, es decir, el interruptor fijado en un costado de la cabina y las pantallas de cada piso, fijadas en una guía. Interruptores magnéticos de imán Los interruptores magnéticos de imán, están formados por una ampolla de cristal en cuyo interior, en el que se ha hecho el vado, hay dos laminillas de acero dulce, que forman los contactos de interruptor. Esta ampolla se fija en una de las guías. En un costado de la cabina se dispone un imán permanente que al pasar por enfrente de la ampolla citada, atrae las laminillas y las junta, cerrando así el drcuito en que estaba incluido el interruptor.
Relés Los relés son aparatos que se utilizan para abrir o cerrar drcuitos a distancia. Están fu n d am en talm en te compuestos de una armadura fija y otra móvil, unida a la anterior por una díamela que permite su giro. La armadura fija está equipada con un electroimán, que al ser recorrida su bobina por una corriente alterna o conti nua, atrae una pieza de acero solidaria con la armadura móvil, lo que obliga a girar ésta, y con ello se rierran, o abren, si estaban cerrados en su posidón de reposo, una serie de contactos eléctricos, independientes unos de otros. Al cesar el paso de la corriente, se separa la armadura móvil de la fija, bien sea por su propio peso, o impulsada por un muelle antagonista, y se abren los contactos que se habían cerrado o se derran los que se habían abierto. Al principio estos contactos se hacían de carbón, pero actualmente son de cobre sinterizado con una aleadón de plata, para evitar que se oxiden, sobre todo cuando la corriente que ha de atravesarlos es continua. Relés temporizados Para determinadas aplicadones, conviene que el relé permanezca excitado unos segundos después de haber cesado la corriente de maniobra, con objeto, por ejem plo, de dar tiempo al pasajero que entra a la cabina para llamar, antes de que lo haga un pasajero por un pulsador de piso.
2L2 Com posición y funcionam iento
241
Para esto se utilizan relés temporizados, que llevan un condensador en serie con una resistencia, y ambos en paralelo con la bobina del relé. De esta manera, al cesar la corriente de la maniobra, se descarga el condensador, a través de la resistencia y la bobina, manteniéndose el relé excitado mientras dura la descarga del condensa dor.
Transformadores Las tensiones de alimentación de los ascensores son de 220 ó 380 voltios, entre fases, demasiado elevadas y peligrosas para su utilización en los circuitos de maniobra, por lo que se reduce por medio de transformadores. Con esto, no sólo se disminuye el riesgo de accidente grave para los pasajeros en caso de un contacto directo, sino que puede reducirse también el aislamiento de los cables, resultando asi más mane jables. Los transformadores están formados por un devanado primario que se conecta a la red de alimentación del ascensor y un devanado secundario con una o más fre cuentemente, con dos salidas, que dan una de ellas una corriente de 15 a 25 voltios para el circuito de señalización, y otra que da una corriente de tensión de 50 a 125 voltios para el circuito de maniobra. Ambos devanados están arrollados sobre un núcleo de chapa formado por un paquete de chapas magnéticas de características especialmente adecuadas para este fin. Rectificadores La alimentación del circuito de maniobra, con corriente alterna, tal como sale de los transformadores, tiene dos inconvenientes: (1) El magnetismo remanente, que queda en los núcleos de los electroimanes, des pués de cesar el paso de la corriente por su bobina, es mayor si ésta es alterna que continua. Y así puede darse el caso de que se quede "pegado” un relé de piso con lo cual no se detendrá la cabina al llegar al piso correspondiente y conti nuará hasta que sea detenida por el interruptor fin de carrera. (2) Se calientan las bobinas más, con corriente alterna que con continua. (3) Resultan más ruidosos los relés e inversores. Por esto se ha ido imponiendo la utilización de la corriente continua en la maniobra de los ascensores, obtenida por medio rectificadores, que transforman la corriente alterna en continua. Los rectificadores más empleados son los de selenio y los de silicio formados por diodos de semiconductores cuyo funcionamiento veremos en el parágrafo siguiente. Los diodos de selenio están formados por una placa de aluminio sobre la que se han depositado diversas capas de aleaciones de selenio con níquel, estaño y cadmio.
242
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
La máxima tensión inversa que pueden soportar los rectificadores de selenio es de unos 25 a 30 voltios por elemento, por lo que se hace preciso disponer de varios elementos en serie para utilizar estos rectificadores en las tensiones usuales de 125 a 250 voltios. La temperatura normal de trabajo no debe sobrepasar los 80 *C para una densi dad de corriente de 100 mA/cm2, por lo que se montan los bloques intercalando aletas de refrigeración entre cada dos elementos. Actualmente sin embargo, los constructores de ascensores parecen preferir los diodos de silicio, mucho menos voluminosos y de características más estables que los diodos de selenio. Circuitos rectificadores: Los circuitos rectificadores más empleados son; El circuito mono/tísico de media ondn El circuito rectificador más sencillo es el de media onda equipado con un solo rectificador que bloquea un semiperíodo obteniendo una tensión pulsada. Este cir cuito no se utiliza más que para pequeñas intensidades. La tensión de salida media por voltímetro de continua es; Vm = ^ V e f = 0 .4 5 V cl
(2.133)
El circuito monofásico en puente es el más utilizado en los ascensores y produce un verdadero "enderezamiento" de la corriente alterna puesto que aprovecha los dos semiciclos. Para este circuito se utilizan cuatro rectificadores. La tensión media de salida es: Vm = ^ V e( = 0.9Vel
(1134)
Diodos Como es bien conocido, hay materiales como los metales, que conducen muy bien la electricidad, por lo que se denominan conductores. Otros materiales en cambio, la conducen muy mal, y por eso se denominan aislantes, como la madera, la ebonita, etc. Entre conductores y aislantes hay materiales que conducen peor la electricidad que los conductores, y mejor que los aislantes, por lo que se denominan semicon ductores, como el germanio y el silicio. El germanio y el silicio, puros, mejoran su conductividad simplemente por la aportación de energía en forma de calor o de luz, por lo que se denominan semicon ductores intrínsecos.
2.2 Composición y funcionam iento
243
Pero si al germanio y al silicio puros se les adicionan determinadas impurezas también mejoran su conductividad, denominándose entonces semiconductores extrínsecos. Si las impurezas adicionales son de antimonio o arsénico se obtienen semiconductores extrínsecos de tipo N (iiegatiivs) porque aumentan los electrones periféricos de sus átomos. Pero si las impurezas son de indio o aluminio se produ cen semiconductores extrínsecos de tipo P (positivos) porque aumentan el defecto o carencia de electrones periféricos de sus átomos, es decir se producen huecos acep tadores de electrones. Si ahora ponemos en contacto un semiconductor tipo P, y otro tipo N se produce a través de la zona de contacto una difusión de electrones de N a P, y de "huecos" de Pa N, hasta formarse una zona neutra de electrones neutralizados con "huecos" que forman una barrera de potencial que detiene la difusión. Pero si a continuación conectamos la zona P al polo positivo de una batería y la zona N al negativo, se rompe la barrera de potencial, y se restablece la difusión de huecos que van de P a N, y de electrones que van de N a P, comportándose el con junto con un conductor de débil resistencia. En cambio, si se invierte la polaridad, uniendo P al polo negativo y N al polo positivo, los huecos de P, son atraídos por el polo negativo, y los electrones de N, por el polo positivo, alejándose entre si con el resultado de que cesa toda corriente eléctrica. Sólo circula una pequeñísima corriente denominada de fugas, alcanzando la resistencia del conjunto más de un millón de ohmios. Al conjunto formado por dos semiconductores tipo P y otro N se denomina diodo. Los diodos se utilizan en los circuitos de maniobra de los ascensores para per mitir el paso de la corriente en un sentido y bloquearla en sentido contrario. Se utili zan también para rectificar la corriente alterna, como vimos en el parágrafo anterior.
Transistores Hemos visto al describir los diodos que una unión P-N, polarizada inversamente, es decir con el polo negativo de una batería unido a la zona N, y el negativo a la zona P, no permite el paso de la corriente (excepto una pequeñísima de fugas). Podemos sin embargo, conseguir hacer conductora la unión por dos procedi mientos: (1) Colocando un semiconductor tipo N en contacto con la superficie de P opuesta a la de unión para que siga suministrando electrones para neutralizar los huecos de P y mantener la corriente eléctrica de la otra zona N al polo positivo de la batería, constituyendo el conjunto un transistor N-P-N. (2) Colocando un semiconductor tipo P en contacto con la superficie de P opuesta a la de unión para que siga suministrando huecos a N, y mantener la corriente de huecos de la otra zona P al polo negativo de la batería; constituyendo un transis tor P-N-P.
244
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Tíristores Los tíristores, también denominados tíratrunes PNPN de silicio, son diodos de semiconductores PNPN con un electrodo de mando, denominado puerta, que está situado en la capa semiconductora tipo P más cercana al ánodo y tiene como misión controlar el valor de la tensión de cebado. Es decir realiza una función similar a la de la rejilla de los tiratrones. Control de los tíristores También los tíristores pueden controlarse como los tiratrones por varios procedi mientos. Uno de los más empleados es el control por impulsos, rectangulares o de diente de sierra, de duración no mayor de T/10 siendo T la duración del tiempo de repeti ción de la señal. Al iniciarse el ciclo positivo de la tensión alterna, se inicia la carga del condensa dor, y cuando llega su tensión a la del cebado del diodo, se descarga a través de éste, dando tensión a la puerta, y al alcanzar la tensión del ciclo, el valor de cebado correspondiente a la tensión de la puerta, se cebará y conducirá hasta que dismi nuya la tensión del ciclo por debajo del valor de corte. Ventajas de los tíristores Los tíristores han desplazado casi totalmente a los tiratrones como rectificadores controlados, pues tienen las siguientes ventajas: (1) Son de funcionamiento inmediato, pero no hay que caldear ningún filamento. (2) Puede fabricarse para tensiones hasta de 1000 A. (3) Su duración y resistencia mecánica son mayores con tamaños muy inferiores a los tiratrones. Clasificación por funciones El aparallaje descrito en este capítulo puede clasificarse según la fundón que des empeñan en la maniobra de los ascensores en dos clases: (a) Aparatos que transmiten órdenes al circuito de maniobra. (b) Aparatos que ejecutan las órdenes recibidas. a) Aparatos que transmiten órdenes Los principales aparatos que transmiten órdenes son: • Los pulsadores montados en las botoneras de cabina, pisos, y sobre el techo de la cabina (de la maniobra para inspección).
2 2 Com posición y funcionam iento
245
• Los interruptores y conmutadores instalados en las guías o en la cabina y accio nados por pantallas magnética o resbalones de las guías, para ordenar cam bios en la maniobra en curso, como cambios de velocidad y paradas. b) Aparatos que ejecutan ¡as órdenes Estos aparatos están montados en el denominado cuadro de maniobra, situado en el Cuarto de máquinas que junto con el Grupo tractor y Limitador de velocidad com ponen el equipo alojado en este cuarto. El Cuadro de maniobra está formado por un bastidor o aún mejor por un arma rio metálico, fijado sobre una pared, o apoyado sobre el suelo. En él están instalados los siguientes aparatos: • El transformador reductor de tensión. • El rectificador de la corriente alterna en continua. • El guardamotor. • El contactor de corte de la alimentación del motor. • Los inversores de subida y bajada. • Los contactorcs de la maniobra de las puertas automáticas si las lleva. • Los relés de piso, los direcdonales, etc. • Los rclcs temporizados que dan las prioridades y esperas reglamentarias. • Los diodos direcdonales. Si la maniobra es por selectores se instalan también en el cuadro estos aparatos. Y si la maniobra es por transistores irán generalmente montados sobre paneles de drcuitos impresos. Finalmente advertimos que los aparatos reladonados son los de las maniobras más corrientes, pues si se trata de baterías de ascensores con equipo Ward Leonard, con control electrónico de veloddad y maniobras programadas, el aparallaje necesa rio se incrementará con otros elementos como tiratrones, tíristores, etc! y en muchos casos será necesario más de un cuadro para instalarlos. 2 .2 .3 .3
Sistemas de control
Una vez que se ha determinado el numero, el tamaño, la veloddad y la localizadón de los ascensores en un determinado edifido, debe implantarse el sistema de con trol adecuado para que la instalación fundone de forma correcta. Control del movimiento es la designación que recibe el equipamiento que deter mina las características del fundonamiento individual de un determinado ascensor: qué velocidad debe adoptar para viajar de un piso a otro, el medio y la velocidad de apertura y derre de puertas, determinadón de tiempos para la entrada y salida de
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Capitulo 2
Ascensores y montacargas
los pasajeros, la exactitud en el posicionamiento al mismo nivel que el piso, la seña lización visual del piso en que se encuentra, etc. Ese sistema de control puede y será modificado por el sistema operativo del ascensor, pero tiene suficiente entidad como para ser estudiado de forma aislada.
El sistema de control del movimiento Una parte importante del sistema de control es como se aplica la potenci;- al eleva dor para controlar su puesta en marcha, su aceleración, su velocidad de crucero, su deceleración, alineación con el piso y frenada. Este sistema sera referido como sis tema de control del movimiento. Además del control por variador de frecuencia, ya analizado en este texto (ver apartado 2.23.1) existen tres tipos de control del movimiento: • corriente alterna con una o dos velocidades • control mediante generador • varios tipos basados en dispositivos electrónicos en estado solido El control por resistencia mediante corriente alterna se usa para poner en marcha la bomba-motor de un ascensor hidráulico usándose también en el ascensor eléc trico para controlar la puesta en marcha del motor de tracción del ascensor. Se dis pone de un sistema de resistencias en paralelo entre el motor y el control para reducir el pico de corriente durante la puesta en marcha del motor (Figura 2.116). Las resistencias dejan de funcionar cuando el motor ya se ha puesto en marcha. En algunos controles, el motor trifásico se conecta a configuraciones en y griega o en delta también, para reducir el pico de corriente durante la puesta en marcha. El con trol de tipo corriente alterna se usa en motor de velocidad baja (hasta 0.5 m/s). La frenada se lleva a cabo desconectando el motor y aplicando el freno consiguiendo una precisión de más menos 50 mm, dependiendo de la carga del ascensor. Sistemas de control más sofisticados basados en la corriente alterna incluyen el uso de motores con dos velocidades de ratios de 2:1 a 6:1 entre la velocidad más alta y la más baja. El ascensor funciona a la velocidad elevada y cambia a la baja cuando esta próximo al nivel del piso en el que debe parar. La detención final se lleva a acabo mediante el freno consiguiendo una precisión de ±25 mm. En otros casos, si el ascensor ha quedado por debajo del nivel del piso, el motor cambia de sentido aproximándose más a nivel del piso. Estos ajustes tienden siempre a quedar dentro de una precisión de ±13 a 19 mm. La aplicación de este tipo de control mediante corriente alterna se limita a edifi cios de hasta 6 pisos de altura, montacargas y elevaplatos. Fue muy popular desde 1920 a 1960. Es mucho más típica en Europa que en América.
247
22 Composición y funcionam ienlo
V V V --------- 1
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En la banda de velocidades bajas, se utilizan o bien ascensores con tracción eléc trica y control mediante corriente alterna o bien ascensores hidráulicos. Éstos se dis ponen siempre con sistema de nivelación y su instalación es más económica ya que no requiere dispositivo de seguridad, ni contrapeso, ni guías de contrapeso y no genera cargas en la estructura. Sin embargo la potencia que requiere es mayor ya que debe elevar a la velocidad de régimen todo el peso de cabina y pasaje y final' mente están restringidos en altura. En los ascensores hidráulicos se implantan sistemas de resistencias en Y o A en el motor de velocidad única utilizado para manejar la bomba que genera la presión en el cilindro hidráulico. La parada se lleva a cabo mediante el bloqueo del cilindro y el corte del fluido a éste. La nivelación se ejecuta mediante un flujo restringido de fluido o dejando pasar del cilindro al circuito principal una cantidad reducida del fluido mediante una serie de válvulas (Figura 2.117). La utilización de ascensores hidráulicos esta restringida a velocidades de alrede dor 1 m/s. Para velocidades superiores, el control por generador presenta prestacio nes superiores y ha desbancado al hidráulico. También el control mediante corriente alterna en estado sólido es muy prometedor.
248
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
El control por generador consiste en el suministro de un voltaje variable a la corriente continua del motor de tracción. Las características de esta corriente conti nua son: • presenta un par que es capaz de accionar el motor suavemente en el arran que. • absorbe la inercia de la masa en movimiento y por regeneración puede dete ner la cabina con una suave deceleración. El sistema de parada es indepen diente del motor siendo absorbida toda la energía a través del sistema eléctrico. Este sistema consiste en un motor de tracción accionado por corriente continua y la polea de tracción a la que puede estar conectada directamente o a través de una transmisión. El motor de tracción puede estar regulado por un generador accionado por corriente continua (sistema Ward Leonard) o por una serie de rectificadores de con trol de silicio (SCR). Con el control de movimiento en estado sólido, siendo el más usual el rectifica dor de control de silicio (SCR), la fuente de variación del voltaje de corriente conti nua es la serie de SCRs donde la puerta controla la parte de la onda de corriente alterna que puede ser transmitida. El tacómetro genera una señal que es proporcio nal a la velocidad de la cabina. Esta señal es comparada con una señal de referencia contenida en el circuito de control y posteriormente es modificada por señales que indican que la cabina debe acelerar, decelerar o funcionar o velocidad constante. Cuando la cabina esta subiendo o bajando con una carga elevada de manera que puede sobrepasar el nivel del piso, el motor de tracción de corriente continua actúa
2.2 Com posición y funcionam iento
249
como generador. Este voltaje es absorbido por los SCR a través de las puertas y O devuelto a los alimentadores de potencia.
O
La serie de 12 SCR mostrados en la Figura 2.118 están dispuestos de tal manera que la potencia en corriente alterna fluye hacia la máquina en onda positiva sólo en O tres SCRs. En onda negativa en otros tres SCRs y cuando la corriente es devuelta desde la máquina (carga elevada en el ascensor) una serie de SCRSs conduce corriente a cada instante para complementar las características de onda de la poten o cia entrante y crear potencia en corriente alterna a partir de la potencia regenerada o en corriente continua. { j El sistema de SCR mostrado en la Figura 2.118 es un bucle cerrado, es decir,, el o tacómetro realimenta una señal al circuito de control para variar la señal de entrada al motor de tracción de corriente continua dependiendo de la velocidad de la cabina o en comparación con una de referencia. o
o
El control generador de la Figura 2.116 es un bucle abierto, es decir, el circuito de o control adicional consistente en un selector de piso o en interruptores en las guías responde ante una posición determinada del ascensor, y por el cierre de un contacto acciona una señal en uno u otro sentido para controlar la dirección y el flujo de corriente continua que alimenta el motor de tracción.
o o
Conforme el voltaje se eleva en el motor de tracción, la cabina se acelera. De modo o inverso cuando aquél disminuye, la velocidad también decrece hasta que el ascensor se detiene completamente, y entonces se acciona el freno para retener el ascensor en o
o ( i
250
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
ese piso. Cuando la carga es elevada, se ponen en marcha dispositivos de nivelación consistentes en la aplicación de pequeños voltajes al motor de tracción. La velocidad máxima de operación de un sistema de control por SCRs está en tomo a los 10 m/s. Para instalaciones de ascensores sin transmisión, el tiempo de marcha entre dos pisos consecutivas (3 m) es de 4 a 5 segundos y la precisión en la nivelación es de i 13 mm. Para instalaciones con transmisión el tiempo de marcha entro dos pisos consecutivos es de 5 a 6 segundos. Las instalaciones de ascensores sin transmisión presentan aceleraciones del orden de 1.2 m/s2 con sistemas de control por generador. Con controles mediante SCRs la aceleración puede ser mayor. Cuando la instalación tiene transmisión, la aceleración puede llegar a 0.9 m/s“ y puede ser mayor mediante la inclusión de sis temas de control por SCRs. Pero el límite del tiempo mínimo no está en la tecnolo gía de la elevación sino en el confort humano. Éste presenta una limitación pero no en la aceleración sino en la variación de la aceleración por unidad de tiempo o jerk. El cuerpo humano puede soportar un máximo de 2.4 m/s3 teniendo en cuenta que hay variaciones entre unos individuos y otros. La regulación de velocidad entre cabina sin ±y con carga máxima mediante un sistema de control por generador o por SCR debe estar entre ±5%. Cualquier ten dencia a aumentar la velocidad por encima de este máximo o a disminuirla por debajo del mínimo debe ser corregida por el sistema de control.
Control de puertas Las fundones prinripates de un sistema de control del movimiento son dirigir la operadón entre pisos, o acelerar la cabina, o realizar una operadón de frenada. Una fundón secundaria es controlar las operadones de apertura y derre de puertas. Como ocurre con la propia cabina, las puertas deben ser aceleradas, deceleradas y frenadas durante las operadones de apertura y derre. La Norma EN-81 limita la energía durante estas operadones en 0.29 julios y la fuerza que deben soportar sin abrirse en 13.6 kg. Este límite es para puertas equipadas con dispositivos de protección de derre de puertas, es dedr, un mecanismo que cuando se desplaza, activa un interruptor que reabre la puerta o dispositivos electrónicos que invierten el sentido del movimiento cuando las puertas están cerrando u otros sistemas como ultrasonidos o dispositi vos de aproximación electrónicos que detectan la presenda de un obstáculo en la trayectoria de la puerta al cerrarse y que invertirán el sentido del movimiento de la puerta para minimizar el impacto. Los sistemas de operadón deben establecer el tiempo que las puertas deben per manecer abiertas. Este tiempo osdla entre 2 y 3 segundos cuando corresponde a una llamada desde un piso y entre 3 y 5 segundos cuando la orden de parada se ha rea lizado desde el interior de la cabina. En caso de un edificio con gran población deben establecerse otros baremos de tiempos. Éstus deben variar en función del trá
2 1 Composición y funcionam iento
251
fico. Por ejemplo, durante periodos de trófico elevado, las puertas deben comenzar a cerrarse de 5 a 15 segundos dependiendo de la carga del ascensor o incluso antes, si el dispositivo sensor de detección de carga registra un valor bajo de ésta. Se pueden implantar sofisticados sistemas de control de puerta, que por ejemplo ejecutan el cierre de la puerta en tiempos muy cortos después del tránsito de pasaje ros pues un dispositivo fotoeléctrico dispuesto en la vía de entrada registra que no existen más pasajeros en tránsito. Igualmente, alargan los tiempos de apertura cuando detectan que el ascensor está muy ocupado y que existen más pasajeros en tránsito. Los sistemas más avanzados se componen de un dispositivo de aproxima ción electrónico o un detector por ultrasonidos dispuestos en las puertas del ascen sor iniciando la maniobra de cierre con el mínimo tiempo de tránsito. Además del tiempo que transcurre desde que la puerta se abre hasta que se cie rra, existe normalmente un periodo de tiempo desde que el ascensor se cierra hasta que inicia su marcha. Este tiempo es de 0.5 a 0.8 segundos y es necesario ya que es el tiempo que invierte el sistema de control para asegurarse que las puertas están correctamente cerradas y ejecutar la orden de inicio de la marcha. Las puertas deben comenzar a abrirse cuando el ascensor está a punto de nive larse con el piso dentro de los márgenes admisibles, asegurándose siempre que la puertas no se abrirán lo suficiente como para permitir el tránsito de pasajeros hasta que el ascensor no haya parado totalmente. Esta ligera operación de pre-apertura permite disminuir los tiempos muertos ya que se aprovecha para que simultánea mente los sistemas de control chequeen que la distancia entre el ascensor y el piso se enmarca dentro de lo establecido. La combinación de todos estos tiempos permite obtener el tiempo por ciclo com pleto según se indica en la Figura 2.119.
Control de la nivelación Un aspecto extremadamente importante en el funcionamiento de un ascensor es la precisión con la que alcanza un determinado piso y se mantiene durante el tránsito de pasajeros. La operación de nivelación debe ser directa, es decir, el ascensor debe detenerse en un piso dentro de las tolerancias especificadas (± 7 mm) para una ins talación de prestación elevadas. Si está previsto un aumento elevado de la carga, el sistema invertirá el sentido de la marcha para retroceder y colocarse al nivel ade cuado o bien se detendrá con un cierto margen y comenzará la nivelación con ante lación. Una vez que el ascensor se ha detenido y hay tránsito de pasajeros, el nivel del ascensor debe mantenerse sin existir ningún movimiento perceptible, y que si existe debe ser siempre acercándose al piso, nunca alejándose. Deben tomarse las medidas oportunas en el sistema de control del movimiento para mantener el ascensor en el nivel del piso en condiciones adversas, incluyendo oscilaciones o una trayectoria inclinada.
252
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Tiempo cierre puertas
r/
Tiempo de chequeo de cierre y puesta en marcha dd ascensor
Preapertura de la puerta
Ascensor en marcha
— Apertura de la puerta Tiempo de funcionamiento del ascensor
Figura 2.119 Desglose de tiempos en un ciclo completo de marcha de piso a piso
de un ascensor.
Las señales luminosas deben anunciar la llegada a un determinado piso unos instantes antes de la detención con objeto de facilitar al pasajero el acceso hacia la puerta y conseguir así un ahorro de tiempo para el pasajero y una disminución del tiempo muerto del ascensor en un piso.
2 .3
Ascensores especiales
En este apartado cabe mencionar aquellas instalaciones fuera de lo común, como son: • ascensores panorámicos • ascensores de casas adosadas Los ascensores inteligentes también pueden considerarse ascensores especiales y serán objeto de estudio tras los dos tipos mencionados en el párrafo anterior.
2 .3 .1
Ascensores panorámicos
Los ascensores panorámicos (Figura 2.120 y 2.121), forman parte del diseño arquitec tónico del edificio e incluso pueden llegar a ser el elemento más representativo de éste. Esta clase de instalaciones necesita una estrecha colaboración entre el arquitecto y el ingeniero de transporte vertical, ya que algunos de los conceptos estéticos puede afectar a la configuración técnica del ascensor. Para este tipo de elevadores, no se recomienda una velocidad superior a 6 m/s.
2 3 A scensores especiales
253
Figura 2.120 Sistema de apertura de puertas.
Figura 2.121 Ascensor panorámico interior y exterior.
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O 2 .3 .2
Ascensores de casas adosadas
Los ascensores de casas adosadas y en general de edificios de baja altura están siendo también objeto de estudio, ya que en numerosas ocasiones, por discapacitarión, por ser una construcción de altas prestaciones o simplemente por estética, se proyecta un ascensor, normalmente en la fachada principal.
*J j J
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254
2 .3.3
Capitulo 2
Ascensores y montacargas
Los ascensores inteligentes
A medio camino entre la ingeniería y la arquitectura de computadores, los ascenso res inteligentes deslumbran por su alto grado de informatización y automatización. Sus sofisticados sistemas de comunicaciones, detección de fallos y seguridad ofre cen a los usuarios el mejor servicio posible y su versatilidad hace que sean capaces de incorporar los avances que vayan surgiendo en el futuro. Utiliza el control distribuido para combinar el tratamiento de la información en un ordenador central con unos autómatas programables a pie de proceso, que per miten el funcionamiento del ascensor independientemente del puesto central. Las funciones de gestión afectan al transporte de energía, acumulación, mantenimiento (climatización, iluminación, maniobrabilidad...) y seguridad. El control de accesos con gestión de imágenes se basa en un lector vía radio de proximidad. Este sistema permite la captura de imágenes, del personal o de visitan tes, así como la recogida de datos para la emisión de tarjetas personales que posibi litan un seguimiento exhaustivo del sujeto que las porta. El objetivo es conseguir un medio de transporte vertical flexible, seguro, cómodo, funcional, con bajos costos de mantenimiento, buenas comunicaciones y una alta calidad, capaz de satisfacer todo tipo de exigencias tanto en el presente como en el futuro. El sistema está totalmente informatizado y gestionado desde el control, que alberga su "cerebro". Desde allí se supervisa minuciosamente el funcionamiento de todas las instalaciones y se puede visualizar cualquier tipo de anomalía, desde una anomalía en el funcionamiento hasta el mínimo incremento de la temperatura. La estructura y el diseño del sistema permiten que el propio "cerebro" tome decisiones ante un problema. Analizadores de humos, detectores de incendios, sistemas de aire acondicionado en los que se introducen fragancias aromáticas, cristales que se oscurecen al incidir directamente sobre ellos la luz solar, salas de videoconferencias, detectores de microondas que advierten cualquier presencia extraña, correo electrónico vía televi sor..., las posibilidades son ilimitadas. Los llaman inteligentes y deslumbran al usuario por su alto grado de informati zación y sus sofisticados sistemas de seguridad. La distribución de aire acondicio nado es su aparato respiratorio; las conducciones de calefacción, su sistema circulatorio; los metros de cables que lo recorren, su sistema nervioso, y el centro de control, su cerebro. Pero la personificación no puede ir más allá: su inteligencia es, en comparación con la del ser humano, menos que primitiva. Mientras que éste cuenta sus neuronas por miles de millones, un "ascensor inteligente" no presenta más allá de unos millares de sensores. Más que inteligentes, son ascensores inteli gentemente concebidos. Estas construcciones se diseñan para ofrecer a sus usuarios los máximos servi cios disponibles en el mercado de la informática, la seguridad y las comunicaciones
255
23 Ascensores especiales
. Familia de actuadores de comunicaciones Familia de actuadores de seguridad
Familia (k* actuadores
Familia de actuadores de mantenimiento
I____I Sensor de capacidad
□ □
Sensor de temperatura
I__ I Sensor de detección de avería Sensor de detección de voz
Sensor de detección de usuarios
Figura 2.122 Esquema de funcionamiento de ascensor inteligente.
y la gran mayoría de los avances que en dichos campos vayan surgiendo en el futuro. También hay una cierta conformidad en cuanto a los objetivos: reducir los costes de explotación, conseguir un ahorro energético y tener un ascensor flexible y versá til que sea capaz de adaptarse a cualquier situación que se presente. En tecnología de pulsadores: sistemas de detección de voz y cámaras detectoras de usuarios.
Sensores inteligentes: la fibra óptica Se pueden utilizar sensores ópticos embebidos en la estructura para obtener datos fia bles en lo que se refiere al estado actual de carga de aquélla, así como para proporcio nar información acerca de la salud de la misma. La fabricación de este sistema ofrece un desafío tanto en el diseño del sensor, como en la fabricación y elección de la mejor configuración (architecture). Para medir la utilidad de las estructuras utilizamos sen sores, diseñamos sensores para recoger datos en una estructura y generamos sistemas para lograr una distribución efectiva de sensores a lo largo de la estructura. Además, dirigimos los efectos de los sensores embebidos sobre las propiedades del material e identificamos la orientación y localización exacta de los sensores.
256
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
La información obtenida de los sensores nos indica el tiempo real de rctroalimentación del estado actual de la estructura cargada para conseguir un método preciso y el registro de la historia ciclo de vida de la carga. Un registro preciso de esta historia asegura que la estructura se utiliza hasta el límite de su vida a fatiga. Esta aproxima ción a menudo reduce los costes de emplazamiento eliminando la necesidad de con tar con ciclos de vida conservadores programados a partir de los modelos realizados. El no confiar en modelos conservadores puede ampliar la vida útil de la estructura proporcionando una medida directa de la vida a fatiga. Además, la supervisión de la respuesta de la carga junto con el programa de ensayos puede usarse para verificar y realzar la precisión de los modelos estmcturales. Finalmente, los datos de carga pue den utilizarse para obtener información sobre los daños sufridos mediante los cam bios producidos en la dirección de la carga y la respuesta modal. La información obtenida a través de los sensores para supervisar la integridad y respuesta ante la carga debe multiplicarse para limitar el número de posiciones de los sensores. Estos deben ser lo suficientemente pequeños para que no afecten de forma adversa a las propiedades mecánicas de los materiales compuestos en los que están embebidos. También, los sensores deben ser lo suficientemente robustos para soportar el proceso de fabricación, siendo capaces de mantener su sensibilidad, orden y frecuencia de respuesta requeridos para realizar las tareas deseadas.
Materiales con memoria Existen más de diez sistemas de mezclas básicos que muestran el efecto memoria de forma. Combinando tales sistemas o añadiéndoles otros elementos, aumenta el número de sistemas de mezcla en un orden de magnitud. Para aplicaciones de inge niería práctica, la mayoría de estos sistemas son irrealizables debido tanto a su alto coste como a que la mayoría de estas mezclas sólo pueden ser utilizadas en su forma cristalina simple. Por eso, para aplicaciones prácticas TiNi y CuZnAl y sus combinaciones con pequeñas cantidades de otros elementos son los únicos SMAs (materiales con memoria de forma) viables disponibles en el mercado. Las mezclas TiNi y CuZnAl muestran propiedades significativamente diferentes debido a los constituyentes inherentemente diferentes que comprenden. Además, el proceso de fabricación y la tecnología asociados con las dos clases de SMA son tam bién extremadamente diferentes. Es muy evidente, a partir de la comparación de las características de las dos mezclas, que las características de comportamiento de los SMAs de TiNi son superiores a las de los SMAs de CuZnAl. Además, en aplicacio nes en las que se precisa de un producto de gran calidad con una larga vida de fatiga, las mezclas de TiNi son los únicos materiales que pueden ser utilizados. Las aplicaciones típicas de este tipo incluyen interruptores y actuadores eléctricos. No obstante, si no se requiere un alto nivel de comportamiento y son importantes las consideraciones de coste, entonces, puede recomendarse el uso de SMAs de CuZ nAl. Las aplicaciones típicas de este tipo incluyen mecanismos de seguridad, fusi bles de temperatura, alarmas de incendio, etc.
' 2.4 Sistemas de gestión del tráfico
257
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2 .4 Sistemas de gestión del tráfico < ) Muchas son las soluciones proyectadas para el sistema de control y gobierno de los ascensores, así como de los dispositivos de señalización óptica o acústica que sirven de orientación a los usuarios. 1 Este proceso que automáticamente realiza uno o varios ascensores y que permite ^ ) que el pasajero, una vez embarcado en la cabina de un ascensor, con sólo presionar > un instante el pulsador del piso al que desea subir, consigue que se cierren las puer tas automáticamente, se ponga en marcha suavemente la cabina, se detenga al nivel ) exacto del piso de su destino y se abran las puertas el tiempo prudencial para que , pueda salir cómodamente y sin peligro de que, mientras sale, se ponga la cabina en marcha por cualquier otra llamada de otro pasajero, se denomina maniobra. Los circuitos de maniobra están pensados y construidos, para obedecer las órde- ' nes de pasajeros sin la menor preparación técnica e incluso de los que realizan por ^ pura maldad, acciones vandálicas con botonaduras y puertas pues están dotados de dispositivos de seguridad para proteger hasta la vida de sus propios "verdugos". } A 1a hora de seleccionar el tipo de maniobra más adecuada para el ascensor nos encontramos que los elementos de juicio necesarios para determinar la solución óptima . son o pueden ser distintos en cada ocasión debido sin duda a los diversos factores que intervienen, pero en todos los casos es muy importante y necesaria una conecta elec- í ción para un correcto tráfico, es decir movimiento de las personas dentro del edificio. * La elección de una maniobra acomodada a las necesidades del transporte verti ( cal representa más confort, ya que con su adecuación se obtiene de este servicio mayor rapidez con tiempos de espera más reducidos, que se traducen en economía, 1 consecuencia de la eliminación de muchos viajes en varío, especialmente en las maniobras colectivas.
2 .4 .1
Tipos de maniobras
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Schindier ha normalizado un grupo de maniobras eléctricas por microprocesadores f ) aplicadas en los últimos años al transporte vertical, con las soluciones más generali- i j zadas que han respondido con éxito en la práctica. Son las siguientes: Universal por pulsadores Universal dúplex Colectiva-selectiva en descenso con memoria Colectiva-selectiva en las dos direcciones con memoria
(\ \ En los grandes edificios, donde el tráfico previsible es sumamente importante y es necesario aprovechar al máximo los desplazamientos de cabinas en determinadas 1 horas del día donde las puntas de tráfico son elevadas, es necesario recurrir a , maniobras programadas algorítmicamente con conmutaciones especiales.
O
258
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.123 Esquema de maniobra universal por pulsadores.
2 .4 .1 .1
Maniobra universal por pu lsadores
Aplicación: Ascensores para edificios de viviendas de poco tráfico. Cuando el ascensor está desocupado y todos sus circuitos de seguridad en orden, el primer pulsador que se accione desde alguna planta y del interior de la cabina, pondrá en marcha el ascensor hasta el piso correspondiente. Si durante el funcionamiento se solicita el ascensor desde cualquier otra planta, la llamada no surtirá efecto y la cabina continuará obedeciendo la orden que ha ini ciado la marcha. Desde la botonera de la cabina sólo se puede dar una orden de marcha. Aunque se pulsen dos o más pisos, el ascensor viaja directamente a la planta de la llamada que se registró primeramente. En la simulación de tráfico indicada se aprecia que por cada orden de marcha solicitada el ascensor debe realizar un viaje en vaao.
2.4 Sistemas de gestión del tráfico
259
Figura 2.124 Esquema de maniobra dúplex.
2 .4 .1 .2
Maniobra dúplex
Edificios de tráfico reducido en viviendas, donde se pretende racionalizar el uso de estos servicios. (a) La llamada es atendida por el ascensor que esté libre. (b) Si están libres los dos ascensores, acudirá a la llamada el que esté más próximo a esa planta. (c) Si los dos ascensores están en una misma planta y libres ambos, acude solamente uno de ellos. En cualquiera de los tres casos, en el momento de iniciar la marcha al piso solicitado, quedará iluminado el botón de llamada en esa planta indicando que la orden ha sido contestada.
260
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Ejemplo: Cabinas paradas en planta 1 y 4. Se produce la orden de llamada n' 1 en la planta 6a, simultáneamente con la n“ 2 en sótano. A la planta 6 acude al ascensor B, que es el más cercano y la llamada de planta sótano es atendida por el ascensor A, también más próximo. 2 .4 .1 .3
M aniobra c o le c tiv a selectiv a en d escen so
Aplicaciones: Edificios de viviendas residenciales o con servicio mixto (oficinas, despachos), hoteles y hospitales con plantas de servicio colectiva en los pisos bajos. La capacidad del ascensor debe ser igual o superior a 6 personas. Esta maniobra registra, en cualquier situación en que se encuentre el ascensor, las llamadas exteriores y las órdenes desde la botonera de ascensor. Los pulsadores se iluminan al accionarlos, indicando la señalización ie res puesta (). El ascensor en subida atiende colectivamente tan sólo las órdenes registradas en su tablero de mandus por orden ascendente, sin tener en cuenta las llamadas exte riores. El sentido de la marcha se invierte solamente después de cumplimentar la orden de la cabina o llamada exterior más alta. Por el contrario, en el descenso, se atienden y seleccionan colectivamente las lla madas exteriores y órdenes interiores. Un control de carga impide que el ascensor, estando totalmente ocupado, pare en un piso para recoger pasajeros por lo que esa llamada no es atendida (aunque sí retenida) hasta el próximo trayecto por ese piso. En las diferentes plantas se ilumina una flecha momentos antes de llegar el ascensor al piso, indicando la dirección del próximo viaje. Ejemplo: Se producen llamadas para bajar en las plantas 2, 4, 5 y 6. El ascensor que estaba parado en planta 1, ha registrado estas órdenes y atiende la llamada más alta, para recoger en descenso, colectivamente los pasajeros que han solicitado esta orden. El ascensor, al cumplimentar la última orden de bajada en la planta sótano, atiende inmediatamente las llamadas 5,6 y 7 que habían quedado registradas, cum plimentando colectivamente en subida las órdenes registradas en su tablero de mandos interior. 2 .4 .1 .4
M an iob ra c o le ctiv a selectiv a en los dos sentidos de m archa
Aplicaciones: Edificios que requieren un determinado tráfico vertical entre sus plan tas, como oficinas, hospitales, hoteles, comercios. La capacidad media de las cabinas no debe ser inferior a 6-8 personas.
2.4 Sistemas de gestión del tráfico
261
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1) Figura 2.125 Esquema de n\miobra colectiva selectiva en descenso.
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Los tableros de mando de esta maniobra tienen un pulsador para "subir" y otro < para "bajar" a fin de utilizar el correspondiente a la dirección de marcha deseada. v O Las órdenes de llamadas interiores y exteriores quedan registradas en cualquier momento, iluminándose el pulsador en señal de respuesta «contestación». En subida o en bajada el ascensor atiende por orden correlativo todas las llama ( j das interiores y las exteriores registradas en el sentido en que viaje, y no cambia la ' . orden de marcha hasta que no ha sido cumplimentada la orden más extrema. < j Si la cabina está cumplimentando una orden interior o exterior en bajada, por (, j ejemplo, registrará todas las órdenes de los pisos y atenderá solamente las órdenes que se produzcan en ese sentido, parando y recogiendo pasajeros en las plantas ^ inferiores a donde se encuentra. [ O < i
Capítulo 2 Ascensores y montacargas
262
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Figura 2.126 Esquema de maniobra colectiva selectiva en dos sentidos de marcha.
Una vez cumplimentada atenderá la llamada memorizada más próxima en el otro sentido de marcha. Un medidor de carga evita que la cabina con carga completa, pare innecesaria mente para atender llamadas exteriores, quedando éstas no obstante, registradas hasta su total cumplimentación. Ejemplo: La Figura 2.126 representa cómo después de cumplimentar la orden n8 1 en la planta sótano, el ascensor atiende colectivamente en subida las órdenes que tenía registradas en las plantas B y 4, y una vez cumplimentadas pasa a atender seguidamente, también de forma colectiva, las llamadas registradas para bajar en las plantas 5 y 3. Con esta maniobra se evitan muchos viajes en vacío y se obtiene una racionaliza ción en el servido del transporte vertical.
2.5 Innovaciones en elevadores
2 .5
263
Innovaciones en elevadores
Entre las innovaciones que se han introducido en elevadores durante los últimos años se van a estudiar las siguientes: • El elevador autopropulsado, cuyo concepto de funcionamiento es radical mente distinto al convencional. • Los motores síncronos de imanes permanentes, los cuales permiten llevar a cabo la instalación sin cuarto de máquinas. • Los cables de aramida, más ligeros y resistentes que los de acero. • La fibra de carbono para bastidores
2 .5 .1
El ascensor autopropulsado
La creciente presión que ejercen los constructores de viviendas y edificios sobre sus suministradores afecta a los fabricantes de ascensores también. Además deben afrontar las constantes demandas de los clientes pidiendo alta calidad y entrega inmediata a bajo precio. El Schindier Mobile es una opción innovadora ante esta demanda. Este sistema de transporte de pasajeros incluye una estructura guía con forma de columna, y un vehículo autopropulsado. Este ascensor, virtualmente independiente de los muros del edificio, no necesita ni sala de máquinas ni hueco que soporte su peso, y apenas si transmite algún ruido al edificio. Las columnas guía autoportantes, la cabina autopropulsada y el control de lla madas son las innovaciones técnicas más significativas en este nuevo diseño. La seguridad se garantiza por medio de un sistema automático de evacuación de los pasajeros, control de las puertas por medio de célula fotoeléctrica, prevención de movimientos ascendentes sin control, y la extraordinaria adhesión de los rodillos de dirección. El nuevo ascensor es ecológicamente ventajoso. Una fotografía de este modelo de ascensor se muestra en la Figura 2.127. Los componentes clave del Schindier Mobile son las dos columnas de aluminio con superficies especiales de guiado que soportan todas las fuerzas verticales del sistema. Cada columna está lateralmente fijada por medio de soportes acústica mente aislados, fijados a una única pared, fijada a cada losa del suelo. Las columnas contienen o llevan todos los elementos técnicos necesarios para el funcionamiento del ascensor. El vehículo autopropulsado consiste en una cabina de pasajeros fabricada en aluminio, un sistema de control mediante microprocesadores, sistema de propul sión con regulador de frecuencia con cuatro rodillos de fricción de poliuretano mon tados debajo del suelo de la cabina. En cada columna de aluminio unos rodillos guía
264
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figu ra 2.127 Fotografía del modelo autopropulsado Schindier M obile.
y un rodillo de frenado están montados mediante muelles contra la guía. Esto per mite la fricción necesaria para la propulsión, y permite a la cabina subir y bajar por sí misma sin cables de suspensión. La adherencia de los rodillos de frenado y de guiado no se ve afectada ni por la humedad, ni por restos de aceite ni por el polvo. Se utilizan dos contrapesos para reducir los requerimientos de energía y optimizar el sistema. Los dos contrapesos son utilizados para compensar el peso de la cabina y el 25% de la carga debida a la velocidad. Están unidas a la cabina por cables y se desplazan dentro de las colum nas huecas. Sus ventajas frente al ascensor con cuarto de máquinas son: • Fácil acceso a los equipos • Los métodos de producción se acoplan con los métodos de fabricación • Espacio extra al no necesitar cuarto de máquinas
2 5 Innovaciones en elevadores
O
265
Ahorro hasta un 40% '
Cuarto de máquinas
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Hueco
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o Ascensor convencional
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Schindier Mobile
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Figura 2.128 Comparación de un ascensor convencional (con cuarto de
máquinas) y el modelo Schindier Mobile.
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* Ahorro de costes. Las innovaciones implican ventajas financieras. El ahorro de una sala de máquinas, y un hueco menor, supone un ahorro en coste simi lar al gasto que supone el propio ascensor, y se pueden recortar los gastos ü necesarios para la instalación de un ascensor en un edificio en un 80%. Esto supone la reducción en costes de alrededor del 40% del total de la instalación del ascensor en el edificio y el coste del propio ascensor. Por otra parte no se O contabiliza la gran reducción del tiempo de entrega y de esfuerzo necesario para la instalación. Estos beneficios se maximizan si se prevé con anticipación la integración del ascensor en el edificio. ( ♦ Gran potencia de mercado. En la Figura 2.128 se muestra la comparación entre este modelo y uno convencional. sJ Schindier desarrolló este nuevo sistema junto a Porsche y Alusuisse. Fue necesario romper con los conceptos tradicionales de la tecnología del ascensor para poder desarrollar un nuevo concepto que fuera virtualmente independiente del edificio y conseguir las ventajas citadas anteriormente. El Schindier Mobile 630 está diseñado para una velocidad de 0.63 m/s. Está equipado con puertas de cuatro paneles con seguro de apertura y cerrado y un regulador de apertura de frecuencia, que da un funcionamiento equivalente al de un ascensor de 1.0 m/s en la mayoría de los viajes. Los datos básicos del Schindier Mobile 630 son los siguientes:
J J
266
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Carga nominal
630 kg/8 personas
Velocidad nominal
0.63 m/s
Altura del hucco
Max. 19.28 m
Número de paradas
Max. 7 todas en un mismo bdo
Estructura guía
Columnas de perfiles de aluminio extraídos
Dimensiones de la cabina
10 m (ancho) x 1.40 m (largo) x 2.20 m (alio)
Sistema de puertas
4-paneles, apertura central telescópica con puertas correderas con variador de frecuencia
Motorización
Con convertidor de frecuencia
Reductor-Transmisión
Dirección armónica
Arranques por hora
120/hora
Tolerancia de nivelado
max. ±3 mm
Sistema de control
Control por microprocesador
Tipo de control
Llamadas de destino
Funcionamiento
Mando de 10 botones
Dimensiones del hueco
1.60 m (ancho) x 1.80 m (largo)
Profundidad del pozo
1.10 m mínimo
Altura libre del hueco
3.12 m mínimo
Voltaje
400 V/230 V/50 Hz
Potencia del motor
3.4 kW
Corriente de arranque
12A
El Schindier Mobile 630 disminuye el tiempo y esfuerzo de planificación y coor dinación ya que reduce en dos tercios los nexos entre el edificio y el ascensor. Esto da libertad de acción a arquitectos y técnicos. Los diseños pueden ser modi ficados incluso cuatro semanas antes de la entrega del ascensor. Sólo se necesitan tres días para instalar totalmente el ascensor. Esto hace que este nuevo sistema autoportante sea especialmente adecuado para ser utilizado con los modernos métodos de construcción.
2 5 Innovaciones en elevadores
267
Figura 2.129 Instalación de una unidad Schindier M obile.
Desde un punto de vista económico, el nuevo producto de Schindier es convin cente. El coste total del sistema incluyendo ascensor y hueco puede reducirse hasta el 40% en comparación con los ascensores convencionales o hidráulicos. Las razo nes son las siguientes: eliminación de la sala de máquinas, reducción de la altura libre superior del hueco y altura del pozo, la sección transversal del hueco se puede reducir un 25%, el hueco no tiene función resistente, y la instalación del sistema al ser prefabricado es mucho más simple. El propietario del edificio puede beneficiarse de este ahorro de espacio y de menos gastas de mantenimiento. El gasto de electricidad y energía suministrada también es menor que los necesarios para un ascensor convencional. Por otra parte no hay ningún riesgo medioambiental. Además el ascensor tiene un gran nivel de disponibilidad debido al premontaje en fábrica, y a su ensayo previo que garantiza su gran calidad, así como es destacable el reducido número de piezas que tiene. El acceso para el mantenimiento es cómodo, y esta facilidad cuando se sustitu yen componentes hace que permanezca muy poco tiempo fuera de servicio. Por otra parte el Schindier Mobile produce un nivel de ruido transmitido tanto por medio del aire o a la estructura al edificio, sensiblemente bajo. Y el sistema automá tico de evacuación de pasajeros hace que la presencia de un encargado a tiempo completo y en fines de semana sea innecesaria. La instalación se lleva a cabo de una forma simple y rápida a través de la planta superior del edificio (Figura 2.129). Más información sobre este tipo de ascensor puede encontrarse en las referencias 159-78].
268
2 .5 .2
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
El motor síncrono de imanes permanentes
El motor síncrono de imanes permanentes tipo tracción de disco compacto está for mado por un motor axial sin transmisión con excitación magnética permanente. Este principio constructivo permite una forma de máquina muy plana, que puede ser des crita como "una polea de tracción motorizada". La maquinaria puede ser localizada entre la guía raíl y la pared del hueco. Por lo tanto se puede evitar la existencia de un cuarto de máquinas independiente. Otro beneficio es la ausencia de una transmisión, lo cual resulta en una excelente eficiencia y un consumo de energía mínimo. El motor asincrono con forma cilindrica ha dominado por mucho tiempo la tec nología de elevación de ascensores, como en otras industrias. Recientemente han emergido nuevas alternativas debido al avance de la tecnología, como la introduc ción del convertidor de frecuencia, métodos de diseño mejorados para circuitos magnéticos, permitiendo nuevas ideas frente a los motores lineales y soluciones de carro múltiple para los edificios más altos. En los primeros años ochenta, nuevos magnetos permanentes de alta energía fueron lanzados y desde entonces su área de aplicación ha crecido continuamente. Una polea de tracción motorizada seria una opción óptima. La idea es integrar la polea de tracción y la máquina, de modo que sea necesaria sólo una cantidad de espacio mínima, aparte de la propia polea. Ascensores Kone ha desarrollado tal maquinaria por medio de la utilización de un motor axial y magnetos permanentes. El resultado se llama EcoDisc, que es el nombre de la maquinaria. Esto ha permitido un concepto de elevador enteramente novedoso, MonoSpace, como es un ascensor sin cuarto de máquinas. Existen diversos atributos que pueden usarse para comparar las maquinarias de elevación. Las cuatro dfras más representativas respecto a las propiedades eléctri cas de las máquinas son: • Potenda • Intensidad • Consumo de energía • Máxima intensidad del motor. Cuatro máquinas elevadoras para un ascensor de 1 m/s de veloddad y 630 kg de carga van a ser comparadas por medio de las cuatro características nombradas antes. Las maquinarias son: hidráulica, traedón con un sinfín, motor lineal en el contrapeso y el llamado EcoDisc. Dado que los dos últimos no son muy conoddos, serán introduddos brevemente. Motores lineales en elevadores Existen dos áreas prindpales de aplicadón para motores lineales en ascensores: La primera se centra en los edifidos de alta elevadón. La idea consiste en usar carros múltiples a lo largo del camino de elevación con suspensión magnética por
25 Innovaciones en elevadores
269
o
medio de un motor lineal, en vez de cables. Las dos dificultades claves de los edifi- ( * cios altos sería entonces resueltas: el peso de los cables y el espacio necesario para f j los huecos de los ascensores en los edifidos. La segunda aplicadón esta dirigida a edificios bajos, en los cuales el objetivo es eliminar el cuarto de máquinas, donde el espacio proporcional del mismo es más 1 ) importante que en los rascadelos. La idea es colocar un motor lineal en el contra- ( , peso de un ascensor, eliminando el espacio separado para una máquina de elevadón. Existen otros benefidos también, como: } • El concepto permite la utilización del motor como una parte del contrapeso. • El peso del motor que soporta el cable puede ser utilizado para equilibrar el peso el cable de desplazamiento del carro. • La pérdida de potencia de un reductor o una bomba puede evitarse. • Si un motor de magnetos permanentes o algún otro tipo de motor efidente es usado, este diseño permite la mejor eficiencia total para la elevación.
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• Debido a la ausenda de la necesidad de fricríón, la vida de los cables es superior. Existen también algunas dificultades para las mejoras. Las más importantes son: ( > • Los costes de material del motor son
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• Existen muchas dificultades técnicas en el mantenimiento de la estabilidad de ( . las separaciones. ^ j • Si el motor es asincrono, la efidenda del mismo es pobre, conllevando problemas térmicos y una desigual distribución de calor en el secundario. \j • Si el motor usa magnetos permanentes, sus costes disminuyen la competitivi- / • dad del prindpio. , • La abertura y la gran separación es sensible al polvo, espedalmente si se usan magnetos permanentes, porque ellos podrían recoger todas las partículas ferromagnéticas del eje. ( ¡ • La energía de elevación debe ser aportada a una componente móvil, lo < j cual hace el mantenimiento más difícil y causa complicadones en la fre- ( nada, etc. )
O Ecodisk y MonoSpace
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El objetivo de la investigación en Kone ha sido encontrar un motor muy plano, que < pudiera ser localizado en el contrapeso. Cuando se logró este objetivo, fue muy fácil ( localizar el motor en cualquier localizadón del cableado, dado que necesita un pequeño espado, ligeramente superior que el de una polea. Cuando se busca el tipo de motor correcto, dos puntos son importantes: la forma ( ^ del motor y los principios de operadón. Después de descartar el prindpio de trasla ción de un motor lineal, el nuevo punto inidal fue un motor normal de forma dlín)
< ,
270
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
drica con un rotor exterior, pero pronto fue obvio que el espesor del motor implicaba dimensiones del hueco fuera de lo normal. Por tanto, se adoptó la ida de motor axial. En él las líneas de flujo magnético del motor cruzan la pequeña separa ción aérea en la dirección del eje y las ranuras del motor son radiales. Este formato constructivo permite una forma muy plana del motor. Los motores axiales han sido usados también en otras aplicaciones, tales como automatización industrial, vehícu los de motor eléctrico y molinos de viento. Son denominados "motores de disco" o incluso motores "paneake" (motores de hojuela). Un motor asincrono sería la solución más convencional. Se podrían adaptar entonces invertidores estándar. El principal inconveniente es la pérdida de desliza miento, complicando la refrigeración. El rotor es también bastante difícil y costoso de fabricar. Un motor de reluctancia es la construcción de rotor más simple, pero sin embargo, no es el más pequeño. No existen fuentes de flujo magnético en el rotor, por tanto, el factor de potencia es pobre y produce también grandes pérdidas en el estator. En la Figura 2.130 se muestra una fotografía de un sistema MonoSpace (Kone).
Figura 2.130 Sistema MonoSpace.
2 5 Innovaciones en elevadores
271
Los magnetos permanentes presentan las características óptimas, salvo que son demasiado caros. La eficiencia y el factor de potencia son superiores y las dimensio nes mecánicas son más reducidas. La eficiencia del motor se encuentra en torno a 75-85%, el cual coincide también con eficiencia de la máquina completa, dado que no existe un reductor o una bomba. Hay también una interesante característica en un motor magnetizado por magnetos permanentes que es el frenado dinámico. Si los terminales del motor se acortan, el motor genera un par que se opone al movi miento si el freno está liberado, o incluso sin apoyo auxiliar. La máquina no fun ciona de forma convencional sin reductor. Adicionalmente al motor en sí mismo, la máquina contiene dos frenos de tambor independientes con una liberación manual y movimiento de retomo. Se soporta a través de piezas de poliuretano, de cara a prevenir ruido mecánico que pudiera pro pagarse por'las guías raíl y hacia el edificio. El motor es asistido por un convertidor de frecuencia con un software de control especialmente diseñado. Una característica típica de todos los motores de magnetos permanentes es que deben ser diseñados junto con la conducción. Por tanto, los motores asincronos han sido estandarizados en gran medida. Los motores de mag netos permanentes necesitan una conducción electrónica que debe adaptarse para el motor, especialmente para su fuente de voltaje particular.
El concepto de elevador Una polea de tracción motorizada permite varias posibilidades para el cableado: el motor debería ser localizado en el contrapeso, en el foso, en la cabina, empotrado en la pared del hueco, etc. Todas ellas son técnicamente posibles y tienen sus propias ventajas. Un motor plano también posee ventajas cuando se coloca en un cuarto de máquinas ordinario; puede ser construido en un espacio muy pequeño, dentro de la extensión del hueco. La máquina se fija a los raíles guía, entre el raíl y la pared del hueco. El espe sor del motor es únicamente de 200 mm, lo cual permite el uso de contrapesos normales y huecos de dimensiones normales. Los finales de cable son fijados a los raíles, lo que resulta en una estructura autoportante; todas las fuerzas son dirigidas a la base del edificio. En este sentido, el elevador se asemeja a uno hidráulico. Hay un dispositivo de enclavamiento de la cabina para fijación de la misma a las guías raíl. Se ha diseñado para tareas de mantenimiento y permite una operación segura, mientras el operario trabaja sobre el techo de la cabina. Por tanto, ningún cuarto de máquinas es necesario. Existen algunos componentes que deben ser acce sibles desde el exterior del hueco, como los interruptores principales, el dispositivo de liberación del freno manual, botones de llamada, etc Se pueden localizar en diversos lugares, pero una opción natural es colocarlos próximos a la máquina, en el piso más elevado. Si esto es así, el cableado entre el motor y las otras partes de la
272
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
electrónica es corto y todos los componentes del elevador están fácilmente disponi bles para la realización de las tareas de mantenimiento. Respecto a la seguridad en el ascensor, el MonoSpace es parecido a las tecnolo gías convencionales. Un engrane ordinario de seguridad y un limitador de veloci dad han sido usados, con disparo remoto y reiniciarión. El circuito de seguridad es también ordinario, con la adición de un contacto para el dispositivo de bloqueo. El dimensionado de las guías raíl ha sido definido por la operación del engranaje de seguridad, por tanto las guías raíl pueden ser estándar, salvo la suspensión de muchos componentes. En el caso de un elevador de tracción, se realizaron las siguientes hipótesis: • La eficiencia del reductor es 65% y la eliminar del motor es 70%. • La eficiencia de la elevación es 90%. • El factor de potencia nominal del motor es 0.7. • El motor es suministrado por un convertidor de frecuencia sin regeneración de potpncia. Para un elevador hidráulico, las hipótesis son: • La eficiencia de los hidráulicos es 60%. • La eficiencia de la elevación es 80%. • El motor es encendido por contadores estrella-delta. El elevador de motor lineal ha sido calculado con las siguientes valores: • La eficienda del motor es 45%. • La efidenda de la elevadón es 90%. • El motor es suministrado por un convertidor de frecuenda. Y finalmente, las dfras dave del EcoDisc: • La eficiencia del motor es 80%. • La eficienda de la elevación es 85%. • El motor es suministrado por un convertidor de frecuenda sin regeneración de potenda. El resultado de esta comparadón eléctrica se presenta en la Tabla 2.35, la cual con tiene dfras relativas y absolutas. Las corrientes han sido calculadas para una línea de 400 V. El consumo de energía incluye la energía para 60 VV de iluminación y un controlador del ascensor de 100 W. Quizás la comparadón no está dirigida al ascensor hidráulico, dado que una velocidad de 0.63 m/s sería más común. La importanda de la corriente de conducdón es también menor en ascensores hidráulicos, dado que generalmente no hay potenda de los semiconductores en el generador de potencia. El motor lineal es bas-
S7
25 Innovaciones en elevadores
273
c* ) tJ í ,
icjórj de Jos valores eléctricos de
Hidráulica
Tracción con sinfín
Motor lineal asincrono
MonoSpace™ con EcoDisc™
5.9 (37 kW)
1.2 (7.6 kW)
13 (8.0 kW)
0.79 (4.9 kW)
'rms
8.4 (75 A)
13(11 A)
1.4 (13 A)
03(7.1 A)
Wn*
2 5 (8700 kVVh)
0.95 (3300 kVVh)
1.0 (3300 kWh)
0.76 (2600 kWh)
^drive
11 (95 A)
2.9 (26 A)
4 5 (40 A)
1.9 (17 A)
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.
( l J ' I tante parecido al elevador de tracción, pero la baja eficiencia anula el beneficio debido a la ausencia del reductor. El reducido factor de potencia del motor también implica un convertidor de frecuencia bastante grande. Además, la corriente deman dada por el motor lineal hace que la conducción de emergencia sea voluminosa y cara. Si se usan magnetos permanentes en vez de un motor asincrono, los valores eléctricos del motor lineal serían más competitivos. Las cifras para el EcoDisc son comparables con las máquinas sin reductor de gran velocidad, dado que los magnetos permanentes han resuelto el problema de la pobre eficiencia de los motores convencionales de bajo número de revoluciones por minuto. La Tabla 235 refleja la superioridad del sistema MonoSpace en términos de valo res eléctricos ya que la potencia requerida es sensiblemente menor que para el resto y la energía e intensidad presentan así mismo valores menores.
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Naturalmente, los valores eléctricos no informan de la globalidad de otros aspec tos posibles, muchas otras características son tan importantes como éstos. Los moti vos para el desarrollo de un nuevo sistema de elevación pueden ser una mejor utilización del espacio, de la línea de montaje de un proceso de fabricación o una mejor flexibilidad en la interferencia entre el edificio y el elevador. La Tabla 2.36 muestra algunos de estos importantes puntos.
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Las propiedades del sistema MonoSpace (Tabla 2.36) son de interés, ya que no requiere de cuarto de máquinas como el motor lineal asincrono, además éste último genera fuerzas en el techo del hueco, más desfavorables que en la base (MonoSpace) y presenta dificultades en las tareas de mantenimiento y en las propias limitaciones del sistema.
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Más información sobre este tema puede encontrarse en las referencias [79-111].
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274
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Hidráulica
Tracción con sinfín
Motor lineal asincrono
MonoSpace™ con EcoDisc™
Utilización del espacio
Se necesita un pequeño cuarto de máquinas, además es posible una utilización eficiente debida a la no existencia de contrapeso. Las máquinas de acción directa necesitan un foso en la base.
Normalmente es necesario un cuarto de máquinas, o al menos una extensión del hueco. El cuarto de máquinas puede estaren la base, la cual implica un elevador más complejo.
El cuarto de máquinas puede ser eliminado, pero el tendido eléctrico requiere un espacio grande, debido al gran convertidor de frecuencia y baterías utilizadas.
El cuarto de máquinas puede ser evitado, la cabina de control puede ser integrada con el marco de la puerta.
Fuerzas en el edifico
En la base
En el techo del hueco
En el fecho del hueco
Ordinario, el camino al cuarto de máquinas es a menudo complicado debido a las escaleras, etc.
La máquina móvil conlleva dificultades técnicas.
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—__ ____ _ Mantenimiento
Ordinario.
Limitaciones
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Es fácil de acceder a la máquina, el motor simple está virtualmente libre de mantenimiento.
El tipo de motor Np existen limi• T.\ i », ' . les, pero en los define los límites edificios altos, la - de viaje; si el falta de un secundario ha cuarto de sido fijado '* • ' 1 ’ ' ■máquinas no es al final sola mente, ej límite , |an jmportante, ‘ : \ic^vn*h'\r. •• Sin embargo, es 20-30 m. .p , EcoDisc™ puede .'¡ifjcf vl‘ r.j j* j.¡ utilizarse en **■» :«> . todo el rango. í .Vi '. \ \ - u \ t V(V \f*<;ní ■ : • Los viajes y velo cidades están limitados a 20 m y 1 m/s. Cargas elevadas son fácilmente elevables.
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Cables de aramida
Las fibras de aramida, de origen orgánico y sintético, se obtienen por hilado de poliamidas aromáticas del tipo politereftalato de polifenilendiamina. El grupo de fibras de aramida es relativamente nuevo y potencialmente impor tante de fibras basado en la alta resistencia y rigidez que es posible obtener en polí-
2.5 Innovaciones en elevadores
275
Figura 2.131 Fibra de aramida (kevlar).
meros completamente alineados. Son poliamidas con radicales aromáticos, unidos los radicales de bencilo, resultan unas fibras mucho más resistentes, térmica y mecá nicamente. La aramida es una poliamida aromática llamada poliparafenilenotereftalamida con una estructura química perfectamente regular cuyos anillos aromáticos dan como resultado las moléculas del polímero con las propiedades de una cadena razo nablemente rígida. Las fibras se fabrican por procesos de extrusión e hilado. En la Figura 2.131 se representa una fotografía de varias bobinas de fibras de aramida (kevlar). Según el procedimiento de fabricación, se distinguen dos tipos de fibras de aramida en función de su rigidez: • Fibras de bajo módulo (E = 70 GPa) • Fibras de alto módulo (E = 130 GPa) Los materiales compuestos de fibra de aramida se consideran de altas prestaciones, ya que sus características mecánicas son muy elevadas, especialmente la resistencia al impacto. Su punto débil es la resistencia a la compresión. Las cuatro principales fibras de aramida comercializadas por Dupont son: Kevlar RI, Kevlar 29, Kevlar 49 y Nomex. El Kevlar RI se aplica par el cordaje de refuerzo de neumáticos, el Kevlar 29 se utiliza para vestidos, paracaídas, cuerdas y cables y tiene una alta resistencia y un módulo elástico intermedio. El Kevlar 49
276
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
tiene un módulo elástico superior pero la misma resistencia que el Kevlar 29 y es la fibra preferida para los materiales compuestos de elevadas prestaciones. Sus propiedades son: • Presentan una elevada resistencia específica a la tracción, debido a su alto grado de cristalinidad, las cadenas moleculares son alineadas y hechas rígi das mediante anillos aromáticos con uniones de hidrógeno. Es cinco veces más resistente que el acero • Buena estabilidad mecánica en el rango térmico -30 "C/200 °C. Es recomen dable trabajar con este tipo de fibra en el rango térmico de estabilidad • Alto módulo de elasticidad y baja elongación a la rotura • Presenta gran tenacidad, no son frágiles, tienen alta resistencia al impacto y alta capacidad de absorción de energía • Es químicamente bastante estable, aunque es susceptible de ser atacada por ácidos fuertes. Son resistentes a la llama y autoextinguibles • Presenta una baja resistencia a compresión y flexión, a diferencia del resto de las fibras que tienen valores similares para la resistencia a la tracción y a com presión • En el rango de temperaturas de estabilidad mecánica, la existencia de hume dad puede provocar pérdidas de resistencia de un 10% • Tienen baja adherencia a determinadas matrices, como es el caso de las termoplásticas Para el caso de fibra continua, la fibra de aramida se fabrica normalmente mediante un proceso de extrusión e hilado. Una solución del polímero se disuelve en un solvente adecuado a una tempera tura entre -50 °C y -SO 1>C y es sometida a extrusión en un cilindro caliente que está a 200 °C; esto provoca la evaporación del solvente y la fibra resultante es enrollada en una bobina. La fibra es sometida entonces a un proceso de estiramiento para aumentar sus propiedades de resistencia y rigidez. Las propiedades de la fibra pueden ser modificadas añadiendo aditivos al sol vente, variando las condiciones del hilado o utilizando tratamientos térmicos des pués del hilado. En la Figura 2.132 se muestra una fotografía de cables de aramida. Para su aplicación a cables de ascensor está disponible en mechas de filamentos continuos. Estos filamentos pueden obtenerse igualmente sin acabado y ser procesa dos mediante diferentes operaciones textiles debido a su baja fragilidad y relativa alta flexibilidad. Los rovings y mechas se utilizan en enrollamiento filamentario, cintas de preimpregnado y procesos de pultrusión. Los tejidos, son la principal forma utilizada en materiales compuestos con fibra de aramida.
2 5 Innovaciones en elevadores
'■ ) Figura 2.132 Cables de aramida.
En el año 2000, fue presentado el cable de aramida en su modelo Schindier Euroüft [59] (Figura 2.133). El material base es una amida aromática, más conocida por su marca comercial "kevlar" utilizado en sistemas de defensa por su alta resistencia al impacto y a la tracción. Las ventajas del cable de aramida frente a los tradicionales metálicos son las siguientes: • Ligereza, es cinco veces más ligero que el acero • Resistencia a tracción, cuatro veces superior que el acero
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• No se corroe, con las consiguientes ventajas de mantenimiento • El radio de la polea tractora puede reducirse a la mitad con respecto a la correspondiente a cables de acero, lo cual representa ventajas de espacio en la instalación
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• La vida del cable es sensiblemente más larga que en el caso de acero
o
• Menor mantenimiento • Se monitoriza a través de la conductividad eléctrica de las fibras de aramida
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Los cables de aramida del sistema Eurolift presentan la misma resistencia a tracción o que los cables de acero pero con un peso muy inferior. Presentan también un alto coeficiente de rozamiento y una elevada resistencia a flexión en ambos sentidos de giro.
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Capítulo 2 Ascensores y montacargas
O Q
Figura 2.133 Sistema Eurolift (Schindier), el cual incorpora
cables de aramida (Kevlar) 1112).
En consecuencia, para una carga dada, las máquinas de tracción pueden tener un tamaño mucho más reducido, no se requieren cables de compensación y final mente, pueden alcanzarse alturas de instalación de hasta 2.4 kilómetros debido a su reducido peso propio. Más información sobre este tema puede encontrarse en las referencias [112-125].
2 .5 .4
Fibras de carbono para bastidores
Las fibras de carbono fueron utilizadas por Edison en el siglo XIX como filamentos para bombillas. La investigación que dio como resultado el uso de las fibras de car bono en los materiales compuestos modernos, se atribuye a los trabajos de princi pios de los años sesenta de Shindo en Japón, Watt en Inglaterra y Bacon y Singer en
2.5 Innovaciones en elevadores
279
Figura 2.134 Hileras de fibras de carbono.
los Estados Unidos. Aunque se ha investigado una gran cantidad de materiales como precursores de la fibra de carbono, el poliacrilonotrilo (PAN), una mesofase del alquitrán y la celulosa (en orden decreciente de uso actual), son los tres precur sores que actualmente se utilizan para fabricar las fibras de carbono. Las fibras que están basadas en el PAN tienen diámetros que oscilan entre las 5 y 7 Jim, y aquellas cuyo precursor es el alquitrán están entre las 10 y 12 Jim. El poliacrilonitrilo es el precursor más común utilizado actualmente para obte ner fibras de carbono, y generalmente no es PAN al 100%. Normalmente, es un copolímero que contiene metil acrilato, metil metacrilato, vinil acetato, áddo itacónico, o cloruro de vinilo. El PAN (o su copolímero) es hilado utilizando la técnica de hilado húmedo (la técnica de hilado fundido se ha desarrollado también para el hilado del PAN). En la Figura 2.134 se representa una fotografía de hileras de fibra de carbono. Las fibras se estabilizan en el aire a temperaturas de 200 a 300 °C mientras están siendo alargadas para inducirles la orientación molecular requerida para alcanzar un alto módulo. Entonces, las fibras estabilizadas son carbonizadas a temperaturas superiores a los 1.000 °C en nitrógeno. Se puede utilizar un tratamiento térmico con temperaturas hasta los 3.000 ‘XI para obtener módulos mucho más elevados. El módulo axial de la fibra se incrementa con el tratamiento térmico de temperatura. Los tratamientos térmicos con temperaturas superiores a 2.000 °C se llevan a cabo en una atmósfera inerte.
280
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Las fibras de carbono también se pueden preparar mediante la técnica de depo sición química de vapor (CVD). La mesofase líquida cristalina de alquitrané uti liza para obtener fibras de carbono de alto módulo. Petróleo, carbón mineral, y poli(cloruro de vinilo) son las fuentes comunes del alquitrán utilizado para obtener las fibras de carbono. La fibra de carbono es un material excepcional para aplicaciones de estructuras sometidas a cargas repetitivas o fatiga ya que es el único material conocido cuyas propiedades mecánicas apenas son sensibles a la aplicación de una carga cíclica. También en lo que se refiere a su comportamiento en condiciones estáticas, sus pro piedades son muy elevadas tanto en las fibras de alto módulo como en las de alta resistencia. Su densidad es baja (1.6 kg/dm3), lo cual implica que sus propiedades mecáni cas específicas o por unidad de peso sean excepcionalmente elevadas. Su coste, más elevado que el de las fibras de vidrio, está bajando drásticamente, debido al aumento de la demanda al ser aplicado en numerosos sectores producti vos además del aerospacial: deporte, transporte terrestre, marina, etc. Su incorpora ción junto con fibras de vidrio o aramida (materiales híbridos) presenta unas grandes expectativas al presentar las tres fibras propiedades complementarias. Entre las fibras de carbono de bajo coste de uso actual se pueden citar las siguientes: Fortafil 510-80K, Toray S 400-70K, Zoltek Panex 33-4SK, Graphi 34-48K, Toray T700-24K, Toray T600-24K, Tenax HTS 5631-24K y Tenax STS 5631-24K. Como se aprecia en la nomenclatura de estas fibras, las mechas están compuestas por un número muy elevado de filamentos, desde 24 000 hasta 80 000, valores muy supe riores a las mechas estándar que suelen tener entre 5 000 y 12 000. Este es el motivo del bajo coste. Las fibras de carbono que tienen un módulo relativamente bajo (<70 GPa) y una baja resistencia a tracción (clGPa), también son producidas a partir de alquitrán isótropo. Estas fibras de bajo módulo se pueden transformar en fibras de alto módulo mediante tracción de grafitización. Sin embargo, este método de fabricar fibras de carbono de alto módulo es bastante costoso. En las fibras de carbono altamente orientadas de alto módulo la estmetura es grafitica, mientras que las fibras de bajo módulo obtenidas a partir de alquitrán y las fibras de módulo intermedio obtenidas de rayón y de PAN tienen estructuras de grafito turboestrático. El coeficiente de expansión térmica (CTE) de las fibras de car bono posee una significante variación no lineal con la temperatura. La conductivi dad térmica aumenta con el aumento de la perfección del cristal. Poseen una estabilidad relativamente baja a la termo-oxidación, pues el análisis termogravimétrico de las fibras de carbono en aire da el comienzo de degradación entre los 500 y 700 °C. En la Figura 2.135 se representa un tejido de fibra de carbono apto para su implantación en bastidores de ascensores. Los recubrimientos resistentes a la oxidación tales como el óxido de boro o el carburo de silicio se pueden aplicar sobre la superficie de la fibra de carbono si se
2 5 Innovaciones en elevadores
281
< (
Figura 2.135 Tejido de fibra de carbono apto para la fabricación de bastidores de ascensores.
desea una estabilidad más elevada a la termo-oxidación. En atmósfera inerte o en nitrógeno, las fibras de carbono pueden soportar temperaturas mucho más eleva das. Pueden ser intercaladas con halógenos y con algunos metales álcalis como el Na, K y Cs, para inducirle algún tipo de propiedad a las fibras como la conductivi dad eléctrica. Para realizar modificaciones en la superficie de las fibras de carbono, se pueden utilizar tratamientos de plasma, tratamiento de oxidación en aire u oxígeno y trata miento en ácido nítrico. Las fibras de carbono también han sido encoladas con polí meros orgánicos como el polidivinilbenceno, poliamida, poliimida y organósiliconas. 'o La técnica de implantación de un ión también se puede realizar con las fibras de car bono para modificar su superficie. Algunas de las características más representativas de las fibras de carbono son la elevada resistencia específica y rigidez, bajo coeficiente O de expansión térmica y baja abrasión, inercia biológica y química, permeabilidad a los rayos X y a las ondas electromagnéticas, resistencia a la fatiga, autolubricadón, ele o vada amortiguadón, elevada resistenda a la corrosión y alta conductibilidad eléctrica.
o
Las fibras de carbono son anisótropas, y la anisotropía de las fibras se incrementa al aumentar el módulo axial. La estructura de las fibras de carbono de alto módulo O obtenidas a partir de alquitrán es altamente grafitica (ordenamiento en forma de\ j láminas), mientras que el ordenamiento en forma de láminas no se observa en las fibras de carbono obtenidas a partir de PAN o rayón. Las fibras e carbono de módulo muy elevado (>800 GPa), se obtienen a partir de la mesofase del alquitrán O
( , l
282
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Figura 2.136 Estructuro tridimensional realizada de una sola pieza en polímeros
rebrzados con fibras.
En la Figura 2.136 se muestra una fotografía de una estructura de vehículo que recuerda a un bastidor/cabina de ascensor. Esta estructura está realizada de una sola pieza en polímeros reforzados con fibras. A partir de las temperaturas del tratamiento de calentamiento, se han identifi cado tres tipos diferentes de fibra de carbono: • La fibra de carbono de alto módulo (HM) es la más rígida y requiere la mayor temperatura en el tratamiento. • La fibra de carbono de alta resistencia (HR) es la más fuerte y se carboniza a la temperatura que proporciona la mayor resistencia tensil. • El último tipo de fibra de carbono (III) es la más barata; la rigidez es menor que en las anteriores pero la asistencia es buena. Este tipo tiene la tempera tura más baja en el tratamiento. Se distinguen por sus características específicas elevadas. Las fibras HM tienen un módulo específico 70 veces superior al de las aleaciones de aluminio. • Tienen un coeficiente de dilatación muy bajo, lo que permite una gran estabi lidad dimensional a las estructuras y una conductividad térmica elevadas. • Alta rigidez específica y gran resistencia.
" •• ■V " '• -t
25 Innovaciones en elevadores
283
• Tiene una resistencia a la fatiga asombrosa, la más elevada hasta ahora cono cida. • Su resistencia al roce es muy baja, lo que condiciona su manipulación.
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Las fibras de carbono se fabrican mediante pirólisis controlada y ciclización de pre cursores de cierta fibra orgánica, el más común de tos cuales es el precursor poliacrilonitrilo (PAN) y el alquitrán; el primero es una fibra sintética y el segundo se obtiene de la destilación destructiva del carbón. Existe otro precursor de fibra de carbono que se deriva de materiales provenientes de la celulosa, el rayón.
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• Tienen los inconvenientes del coste, la baja resistencia al impacto de baja energía y las diferencias de potencial que engendran al contacto con los meta les, que pueden favorecer corrosiones de tipo galvánico.
• • - ••
• No presenta plasticidad, el límite de rotura coincide con el límite elástico.
Los precursores de rayón, como se ha comentado se derivan de materiales pro venientes de la celulosa. Actualmente apenas se utilizan, debido a que en el proceso de fabricación, al llegar a la carbonización, se pierde un 75% de la masa de fibra y resulta un proceso mucho más caro que el resto. Precursores del alquitrán, basados en MPP, en brea o en cloruro de polivinilo (PVC). Las fibras de carbono que derivan de estos precursores son relativamente más baratas ya que tienen una transformación más efectiva que los anteriores precursores. Los precursores PAN son la base para la mayoría de las fibras de carbono comer ciales en la actualidad. La conversión en fibra de carbono al final del proceso de transformación, está entre el 50 y el 55%. Cada tipo de precursor tiene su técnica de procesado pero en general todos siguen una misma secuencia, tomando como base un proceso de fabricación cuyo precursor es el PAN, se pueden distinguir las siguientes etapas: estabilización, car bonización, grafítización y tratamiento de superficie.
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(a) Estabilización. En el primer paso de la fabricación de la fibra de PAN (estabiliza ción), un filamento de copolímero de poliacrilonitrilo (PAN) es estirado y pasado a través de un horno de oxidación a baja temperatura para adquirir estabilidad dimensional. Este paso suele denominarse infusible. (b) Carbonización. En el siguiente paso de carbonización la estructura interna del polímero se convierte a una alta temperatura más alta (800°C bajo una atmósfera inerte) en lazos de anillos hexagonales de carbono continuo. Durante el período de calentamiento, muchos elementos diferentes del carbono desaparecen y los cristales de carbono se orientan a lo largo de toda la longitud de la misma. (c) Grafítización. En el siguiente tratamiento de calentamiento a más altas tempera turas por encima de 2000 °C (grafítización), el tamaño de los cristales de carbono aumenta y mejora la orientación de los cristales de la fibra. (d) Tratamiento de superficie. Finalmente, la fibra pasa a través de una cámara de tratamiento de superficie para promover la adhesión de la fibra.
284
Capítulo 2
Ascensores y montacargas
Otros pasos serían el acabado y el empaquetado, en función de la presentación industrial, para facilitar el manejo de la fibra. Los pasos de procesamiento para la fibra de precursor de alquitrán son similares, salvo en el paso inidal, en el que la fibra se derrite a partir de alquitrán procesado isótropo o anisótropo. El tamaño y orientación de los cristales, la porosidad de la fibra y su impureza son los principales factores que afectan a las propiedades físicas finales del filamento. Los filamentos de fibra de carbono tienen un diámetro típico que oscila entre 5 y 8 jim y están combinados en mechas que contienen 5.000 y 12.000 filamentos. Estas mechas pueden retorcerse en hilos y formar tejidos parecidos a los de la fibra de vidrio. También se encuentran en el mercado tejidos híbridos conteniendo fibras de vidrio y carbono. Cuando el tratamiento de calentamiento para la fibra de carbono aumenta, el módulo de elasticidad crece exponencial mente a lo largo de todo el rango de tempe ratura; el motivo para ésto es que la cristalinidad de la fibra aumenta hasta un valor máximo hacia los 1.600 X y entonces cae hasta un valor constante, mientras la tem peratura sube hasta el valor más alto utilizado. La realización de bastidores y cabinas en fibra de carbono es un tema de actuali dad, se han realizado prototipos y ensayos sobre ellos, que han resultado positivos desde el punto de vista de comportamiento mecánico y de reducción de peso. El comportamiento a fuego y el coste son los dos temas en los que se está trabajando actualmente para su futura homologación como material estructural para esta apli cación. Más información sobre este tema puede encontrarse en las referencias (112-125].
C a p ít u l o 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
3 .1
3 .1 .1
Introducción
Evolución en el tiempo
Las escaleras mecánicas o escaleras móviles como también se las denomina, son escaleras cuyos escalones se desplazan subiendo o bajando sobre la estructura metálica que los soporta. De esta forma, los usuarios no tienen necesidad de subir o descender, como ocurre en las escaleras normales, sino que son desplazados sin moverse, al desplazarse los escalones en que embarcaron en su origen. Pueden, sin embargo, ascender o descender por la escalera, al mismo tiempo que se mueve ésta, y si se mueven en el mismo sentido, su velocidad propia de desplazamiento, se sumará a la de la escalera. Como ya se explicó en el apartado 2.1.1. de este libro, la escalera mecánica tiene sus antepasados en escaleras manuales y movidas por tracción animal durante la antigüedad y por mecanismos movidos por máquinas a vapor. Si bien la primera rampa inclinada móvil data de finales del siglo XIX. En 1892, Jesse Reno diseñó y patentó una rampa inclinada móvil con platafor mas curvadas triangulares desplazándose de forma continua sobre una cinta trans portadora que cambiaba de dirección mediante dos tambores dispuestos en las partes superior e inferior de la escalera mecánica (Figura 3.1). Este escalera se com ponía de una serie de indentaciones inclinadas que en el inicio presentaba la misma inclinación que la pendiente de la escalera y que en cada escalón presentaba los típi cos peines, que tenemos hoy en día en todas nuestras escaleras mecánicas. Una de las primeras instalaciones de este tipo de elevador se ubicó en la estación 5th Avenue Elevated Une en la 59th Street Station en Nueva York alrededor de 1900 y estuvo operativa hasta 1955, año en que la línea quedó fuera de servicio. En 1893, Jesse W. Reno instala en la estación de Cortland Street de su ciudad natal un dispositivo elevador para personas formado por una cinta transportadora. Está formada por una cadena sin fin de planchas que asciende y desciende, formando un ángulo de entre 25 y 30 grados. Durante la ascensión, las personas se encuentran 285
286
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Figura 3.1 Escalera mecánica Upo “Reno’ .
situadas sobre dichas placas provistas de acanaladuras longitudinales. En el año 1894 se instala un dispositivo semejante en el muelle de Coney Island, haciéndose lo mismo en 1896 en los grandes almacenes Siegel Cooper. En 1898, Reno instala una cinta transportadora de este tipo en los grandes almacenes londinenses Harrods. Por otra parte en 1892, G. H. Wheeler inventó y patentó una escalera móvil con los escalones planos que se desplazaba junto con la barandilla. Esta invención fue comercializada por C. D. Seeberg y la Ods Elevator Company, siendo presentada en la Exposición de París de 1900 (Figura 32). Desde entonces, la instalación de escaleras mecánicas se ha ido generalizando como un medio de transporte vertical, seguro y de gran rendimiento, muy ade cuado para transportar gran número de usuarios, entre alturas medias, habiendo encontrado su principal aplicación en grandes almacenes, hoteles, edificios de ofici nas, estaciones de ferrocarriles interurbanas, metropolitanas, aeropuertos, etc. Aunque hoy en día existe un alto grado de industrialización y los aspectos tecno lógicos están cubiertos de una forma razonable, se sigue investigando para obtener
3.1 Introducción
287
Figura 3.2 Escalera mecánica con escalones píanos presentada en la
exposición de París de 1900.
Figura 3 J
Escalera mecánica tipo Seeberger con los escalones planos.
mayores logros tanto desde el punto de vista de eficiencia como de seguridad y coste. A título orientativo se pueden establecer las siguientes líneas de trabajo actuales: • La inteligencia mediante el control por microprocesador. Para obtener mayor seguridad y mayores eficiencias al funcionar la escalera o andén en el momento y en la dirección óptimos.
288
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Figura 3.4 Escalera mecánica moderna.
• La sensibilidad mediante el control por microprocesador. Para determinar la velocidad y modo de funcionamiento adecuado para el pasajero. • Versatilidad: funcionamiento a la intemperie. Mejorando la tecnología y los materiales para su funcionamiento en las condiciones más adversas. • Seguridad. Optimizando los sistemas de control y los mecánicos con objeto de cumplir al máximo los requisitos de seguridad de los viajeros. Las escaleras mecánicas tienen las siguientes ventajas: • Eficiencia de transporte entre plantas muy elevada. • El transporte es continuo y sin esperas, pues aún en el caso más desfavorable en que por aglomeración excesiva no se embarque en el acto, se va avanzando hacia la escalera continuamente, sin la espera aparentemente inútil del ascensor. • A diferencia también del ascensor, en caso de avería en su mecanismo de traslación, pueden utilizarse como escaleras normales. A continuación se van a transcribir las definiciones de términos y los símbolos que se van a utilizar a lo largo de este capítulo que está basado en la Norma EN-115. Asimismo se relacionan inmediatamente después la lista de disposiciones que incorpora la norma anteriormente citada.
3.1 Introducción
3 .1 .2 3.1
3.2
289
Definiciones
/ O r *
Escalera mecánica: instalación accionada mecánicamente, constituida por una cadena de escalones sin fin, destinada al transporte de personas en dirección ascendente o descendente. , \ Andén móvil: instalación accionada mecánicamente, constituida por un piso < móvil sin fin (cadena de placas o banda, por ejemplo), destinada al transporte de personas sobre un mismo nivel o entre niveles diferentes. '
) ) ^ I
3.3
Pasamanos: elemento móvil destinado a servir de asidero a los pasajeros trans) portados. ( }
3.4
Peines: elementos que, a las entradas y a las salidas (rellanos), encajan con los escalones placas o banda, para facilitar la transición de los pasajeros.
3.5
Deflector: dispositivo adicional para minimizar el riesgo de quedar enganchado entre el escalón y las faldillas.
3.6
Velocidad nominal: velocidad determinada por el fabricante, funcionando sin carga.
\ <
)
3.7
Ángulo de inclinación: ángulo máximo, respecto a la horizontal, en el cual se \ ) desplazan los escalones, placas o bandas. ^
3.8
Capaádad teórica: número de personas que pueden ser teóricamente transpor- ^ tadas por la escalera mecánica o el escalón móvil en una hora.
•o 'o
_________________________ Figura 35 Andén móvil.
*
O L J
290
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Para determinar la capacidad teórica, se considera que sobre un escalón de una profun didad media de 0.4 m y por 0.4 m de longitud visible de placa o banda, se transportan. 1 1.5
persona para un ancho nominal personas para un ancho nominal
Zj = 0.6 m zj = 0.8m
2
personas para un ancho nominal
z¡ = 1.0 m
El cálculo de la capacidad teórica es entonces: q = v3600.k/0.4 donde: c,
capacidad teórica (personas/hora)
v
velocidad nominal (m/s)
k
factor
Para los anchos más comunes, el factor k será: k= 1
para z^= 0.6 m
k = 1.5
para Zj= 0.8 m
k=2
para Z| = 1.0 m
Con esta fórmula, la capacidad téorica es: J
M; •-V • *
T ah
. -.
•
p
a
3.1
■
------ C a o ácidad
teórica
. .4 • V e lo d d a d
A n c h o n o m in a l (m )
3.9
- — — ^ ----- j ..>
-v
.1;.
: V ; • • "5
05 :
n o m in a l
.W r t
i' ' .
0 .6 5
. •- 4 .
■
f '
Y> v
0 .7 5
0.6
4 500p ers/h
5850 pe rs/h
6750 p ers/h
0.8
6750 pe rs/h
8775 p ers/h
10125 pere/h
1
9000 p ers/h
11700 p ers/h
13500 p ers/h
Escalera mecánica/andén móvil destinado a servido público: son escaleras mecánicas/andenes móviles a los que se aplican las siguientes condidones:
(a) forman parte de un sistema de tránsito público incluyendo puntos de entrada y salida. (b)son adecuados para fundonar regularmente durante aproximadamente 140 h/ semana con una carga que alcance el 100% de la carga de frenado 912.4.4.1 y 12.4.4.3), durante periodos mínimos de 0 5 h. en cualquier intervalo de tiempo de 3 horas. Las unidades utilizadas han sido elegidas del Sistema Internacional de Unidades (SI).
291
3.1 Introducción
. C lá u s u la
T.ilíU 1.2 Lisia de símbolos de c-intid $ q c s
E x p lic a c ió n
(e n e l o rd e n
d e a p a r ic ió n
e n e l d o c u m e n to )
S ím b o lo
U n id a d
c a n tid a d
"V r'
3
capacidad teórica
Ct
pers/h
3
veloddad nominal
V
m/s
3
factor pora diferentes anchos de escalón
le
-
5.1.5.6
distancia vertical entre el borde superior de la faldilla o el borde inferior de las cubrejuntas y la superficie pisable de los escalones, placas o banda
h 2
mm
5.1.5.7
ángulo de inclinación entre el perfil interior y los paneles interiores de la balaustrada
r
° (grados)
5.15.9
peana de la balaustrada incluyendo el pasamanos en dirección longitudinal medida desde los peines
i2
m
5.2.2
raíz de los dientes del peine
Ll
-
52.3
altura libre por encima de los escalones, placas o banda
h4
m
5.2.4
distancia entre el centro del pasamanos y un obstáculo
m
53 y 8.1.3
ancho nominal de la superficie de transporte de carga (escalón, placa o banda)
m
5.3
distancia entre soportes
H
72
parte horizontal del pasamanos, medida en la dirección de embarque desde los dientes del peine
b
m
75.1
distancia entre el perfil del pasamanos y los perfiles para su guiado o cubrimiento
b6
mm
75.1
distancia horizontal entre el borde exterior del pasamanos y las paredes u otros obstáculos
b 10
mm
7 32
ancho del pasamanos
»>2
mm
733
distancia entre e l pasamanos y e l borde de la balaustrada
^5
mm
7.4
distancia entre los centros de los pasamanos
b i
m
7.4
distancia entre Las faldillas
*2
m
75.1
distancia entre el punto de penetración del pasamanos en la peana de la balaustrada y el piso
* 3
m
m
292
Capítulo 3
>,.•* f ..- J a b í* 3 ,2 _ U C lá u s u la
E x p lic a c ió n
sfa
Escaleras mecánicas y andenes móviles
ele símbolos de.
(e n e l o rd e n
U n id a d
S ím b o lo
d e a p a r ic ió n
c a n tid a d
e n e l d o c u m e n to )
7 52
distancia horizontal entre el punto más avanzado del pasamanos y el punto de penetración en la peana de la balaustrada
u
m
7.6
distancia vertical entre el pasamanos y la nariz de los escalones o la superficie de las placas o banda
hi
m
8.1.1
altura del escalón
*1
m
8.12
profundidad del escalón
yi
m
82-3.2 y 8 2 .4 2 '
ancho de las gargantas
*>7
mm
8233 y 8.2.43
profundidad de las gargantas
h7
mm
8.23.4 y 82.4.4
ancho del nervio
bs
mm
82.4.6.1.1
distancia transversal entre los rodillos de apoyo
*3
mm
8 3 .2 3
ángulo de diseño de los dientes del peine
P
° (grados)
10.1.1
ángulo de inclinación de la escalera mecánica o andén móvil
a
0 (grados)
113.1 y 11.4.1
profundidad del encaje de los peines en las ranuras de la superficie pisable
he
mm
1132y 11.42
distancia entre el borde superior de la superficie pisable y la raíz de los dientes de los peines
h*
mm
14.2.1.1
línea de intersección del peine
L2
-
3.1 .3
Normativa
En Enero de 1995 apareció la norma europea EN 115 que sustituye a la de la misma denominación publicada enl983. Esta norma lleva por título: "Normas de seguridad para la construcción de esca leras mecánicas y andenes móviles" y ha sido elaborada por el Comité Europeo de Normalización. Son miembros de este comité los siguientes paises: Austria, Bélgica, Dinamarca, Finlandia, Francia, Alemania, Grecia, Islandia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Holanda, Noruega, Portugal, España, Suecia, Suiza y el Reino Unido.
r*rr
W f
t'V
I I
293
3.1 Introducción
Esta Norma Europea incorpora, por referencia fechada o sin fechar, disposicio-! nes de otras publicaciones. Estas referencias normativas se citan en los lugares apro piados del texto y las publicaciones se enumeran aquí a continuación. En el caso de las referencias fechadas, las correcciones o revisiones posteriores de cualquiera d e ' estas publicaciones sólo serán aplicables a esta Norma Europea cuando se incorporen a ella por corrección o revisión. En el caso de las referencias sin fechar, se apli cará la última edición de la publicación referenciada.
)
) ^ I
(J EN 292
Seguridad de maquinaria - Conceptos básicos, principias \ ) generales de diseño: ( . } - Parte 1: Metodología, terminología básica - Parte 2: Especificaciones y principios técnicos
EN 294
Seguridad de maquinaria - Distancias de seguridad para evi- < tar que los miembros superiores alcancen zonas de peligro.
prEN 1037
Seguridad de maquinaria - Prevención del arranque inesperado
prEN 60068-2-6
{ Procedimientos de pruebas ambientales - Parte 2: prue- , bas; prueba Fe y orientación: vibraciones (sinusoidales).
J
EN 60068-2-27
Procedimientos de pruebas ambientales - Parte 2: Pruebas; prueba Ea y orientación: choques
EN 60269-1
Fusibles de baja tensión - Parte 1: requisitos generales.
EN 60439-1
Conjuntos de aparatos eléctricos de baja tensión - Parte 1: ( conjuntos homologados y parcialmente homologados. < , Grados de protección ofrecidos por los cerramientos (código IP).
EN 60529 EN 60742
f Especificaciones para transformadores aislantes de v J seguridad. 1
EN 60947-4-1
Aparatos eléctricos de baja tensión - Parte 4: arranques ^ de motores y contactores. Sección 1 - Arranques de< . motores y contadores eléctricos. v
EN 60947-5-1
Aparatos eléctricos de baja tensión - Parte 5: circuitería ( de control y elementos de conmutación. Sección 1 - —* Circuitería de control y elementos de conmutación! electromecánicos. / ■J
O O
294
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
EN 249-2
Materiales base con chapado metálico para circuitos impresos - Parte 2: especificaciones.
EN 249-3
Materiales base con chapado metálico para circuitos impresos - Parte 3: materiales especiales.
IEC 326-1
Circuitos impresos. - Parte 1: información general para redactar especificaciones.
1EC 664-1
Coordinación de aislantes para equipos en sistemas de baja tensión - Parte 1: principios, requisitos y pruebas.
IEC 665
Ventiladores eléctricos de corriente alterna y normas para uso doméstico y similares.
IEC 747-5
Dispositivos semiconductores - aparatos discretos y circuitos integrados - Parte 5: aparatos optoelectrónicos.
CENELEC HD 21
Cables aislados con PVC, hasta e incluyendo 450/750V de tensión nominal. - Parte 1: requisitos generales - Parte 3: cables monofilares no armados para cableado fijo - Parte 4: cables para cableado fijo - Parte 5: cables flexibles
HD 22.4
Cables aislados con caucho haste e incluyendo 450/750V de tensión nominal - Parte 4: cables flexibles y cordones eléctricos
HD 323.2.39
Procedimientos básicos de pruebas ambientales - Parte 2: pruebas; prueba Z/ AMD: prueba secuencial combinada de frío, baja presión del aire y calor húmedo.
HD 384
Instalaciones eléctricas de edificios. - Parte 4: protección de seguridad - Capítulo 41: protec ción contra choques eléctricos. - Parte 5: selección y montaje de equipos eléctricos Capítulo 54: conductores protectores y equipos de puesta a tierra.
32 Composición y funcionam iento
3.2
3.2.1
295
Composición y funcionamiento
Principios básicos
Componentes de una escalera mecánica Funrionalmente, se compone una escalera de cuatro elementos principales (Figura 3.6): (a) El grupo tractor, compuesto por un motor eléctrico trifásico y un reductor de tipo sinfín-corona en la. parte superior de la escalera y que arrastra las cadenas de los escalones y hace girar también las poleas que mueven los pasamanos. (b) La escalera propiamente dicha formada por los escalones montados sobre cade nas de rodillo, que se desplazan sobre carriles.
Figura 3.6 Componentes principales de uno escolera mecánico.
rjr 296
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
(c) Un bastidor o estructura metálica, que soporta los elementos activos de la esca lera. i »
(d) Las balaustradas, una a cada lado de la escalera, con pasamanos que se mueven a la misma veloddad que la escalera. Las características más importantes que definen las escaleras mecánicas o andenes móviles son las siguientes: (a) Su inclinación (b) Su longitud (c) Su anchura (d) Su velocidad (e) Su disposidón (0 Su capacidad de transporte a) Inclinación d e las escaleras mecánicas y posición de los escalones El ángulo de inclinación de la escalera mecánica no superará los 30°, pero para altu ras no superiores a 6 m y a una veloddad nominal no superior a 0.50 m/s se per mite incrementar el ángulo de inclinación hasta 35° (ver Figura 3.7).
Figura 3.7 Esquema de una escalera mecánica (Norma EN-115).
C 3.2 Com posición y funcionam iento
297
El ángulo de inclinación de los andenes móviles no sobrepasará los 12°.
(
V
(
r
Las huellas de los escalones serán sensiblemente horizontales en el área utilizar ble de la escalera mecánica. c En los rellanos, los escalones de la escalera mecánica se guiarán de talmanera que los bordes delanteros de los escalones que salen del peine y los bordes traseros ( de los escalones que entran en el peine se muevan horizontalmente durante una < longitud mínima de 0.80 m, medida desde el punto Lj (ver Figuras 3.7,3.8 y 3.9). v ( Se permite una diferencia de nivel vertical entre dos escalones consecutivos de ( 4 mm máximo. 'cA velocidades nominales superiores a 0.50 m/s o en alturas superiores a 6 m, esta longitud será al menos de 1.20 m, medida desde el punto Lj (ver Figuras 3.6,3.7 y 3.8). En escaleras mecánicas, el radio de curvatura en la transición superior entre la pendiente y la horizontal será: mínimo 1.00 m para velocidades nominales v <= 0.5 m/s mínimo 1.50 m para velocidades nominales v >0.5 m/s El radio de curvatura de la transición inferior entre la pendiente y la horizontal de la escalera mecánica será al menos de 1.00 m, independientemente de la velocidad nominal. En andenes móviles de banda, el radio de curvatura en la transición de pen diente a horizontal será al menos 0.40 m.
\
r
.
290
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
En andenes móviles de placas no es necesario determinar el radio de curvatura ya que, teniendo en cuenta la máxima distancia permisible entre dos placas conse cutivas, siempre será suficientemente grande. En los rellanos superiores de andenes móviles con una inclinación mayor de 6o, las placas o banda se desplazarán una longitud mínima de 0.40 m a un ángulo máximo de 6o, antes de entrar o salir del peine. El movimiento de andenes móviles de placas se especifica de la forma siguiente: El borde delantero de la placa que sale del peine y el borde trasero de la placa que entra en el peine se desplazarán sin cambiar su grado de ángulo durante ai menos 0.40 m.
Cláusula
Dimensiones principales
Cláusula
Dimensiones principales
5.13.9
Ii >= 0.60 m
8 2 3 .4
52 2 523 5.2.4 53 7.2
L¡ Raíz de los dientes del peine h4 >= 2.30 m h5 >= 03 0 m l| Distancia entre soportes Ij> = 0 3 0
8.2.42 8.2.43 82.4.4 8.3.23 10. 1.1
bg 2 5 mm a 5 mm (escalones y placas) t>74.5 mm a 7 mm (correas) h7>= 5 mm (correas) hy >= 5 mm (correas) b <= 40" a ángulo de inclinación de la escalera mecánica 0 andén móvil
73.1
h3 0.10 m a 0.25 m I4 >= 0 3 0 m h, 0.90 m a 1.10 m by 5 mm a 7 mm (escalones y placas) hy >= 10 m (escalones y placas)
113.1 1132 11.4.1 11.42
ha <= 6 mm (escalones y placas) h¿ <= 4 mm (escalones y placas) h8 <= mm (correas) h6 <= 4 mm (correas)
14.2.1.1
L2 Linea de intersección del peine
752 7jb 8.23.2 8 2 3 .3
Figura 3.9 Detalles Y y Z d e la Figura 3.7.
3.2 Com posición y funcionam iento
299
b) Longitud de las escaleras mecánicas La longitud de las escaleras mecánicas varía en función de su inclinación y de la dis tancia vertical entre los extremos, que por lo general suele ser de 3 a 6 ni entre dos plantas consecutivas. En la Figura 3.10 se han representado esquemáticamente las escaleras de 30° y 35° de inclinación con sus cotas, que sirven para emplazar las escaleras. Partiendo de un punto de referencia y multiplicando el desnivel por 1.732 si la escalera es de 30°, o por 1.428 si la escalera es de 35° de inclinación, se obtiene la distancia hori zontal entre los dos puntos de apoyo [8]. De la longitud depende también el peso de cada tramo, que habrá que tener en cuenta para el cálculo de la estructura del edificio, o los refuerzos si se trata de edifi cios ya construidos. En la Figura 3.9 constan las cargas aproximadas que producen los tramos de escalera según la longitud y anchura. c) Anchura de las escaleras mecánicas La Norma EN 115 especifica que la anchura tanto para escaleras mecánicas como para andenes móviles debe ser superior a 0-58 metros y no superior a 1.10 metros. La anchura de las escaleras mecánicas entre las balaustradas suelen tomarse alrededor de 600 mm, 800 mm y 1000 mm. Para andenes móviles, las anchuras usuales son 800 mm, 1000 mm y 1400 mm. El ancho de 800 mm es suficiente para llevar en cada escalón una persona. En las escaleras de 1100 y 1200 mm pueden ir dos personas, siendo en realidad su capacidad de transporte la misma. La única diferencia es que en la escalera de 1200 mm el transporte se realiza con mayor confort, especialmente si las personas llevan alguna maleta o cartera de mano. La profundidad del escalón no superará los 210 mm. Su altura varía con la incli nación de la escalera de cualquier forma no superará los 240 mm. d) Velocidad de transporte de las escaleras mecánicas La velocidad nominal de la escalera mecánica no superará: • 0.75 m/s para una escalera mecánica con un ángulo de inclinación de hasta 30°; • 0.50 m/s para una escalera mecánica con un ángulo de inclinación entre 30° y 35°. La velocidad nominal de los andenes móviles no superará los 0.75 m/s. Se permite que los andenes móviles tengan una velocidad nominal máxima de 0.90 m/s, siempre que el ancho de las placas o la banda no supere 1.10 m, y contra riamente a 10.1.6 en los rellanos, las placas o la banda se desplazan horizontalmente una distancia mínima de 1.60 m antes de entrar en los peines.
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Hmm
a
32 UB
44 + 48 UB
30" 35°
0.63 H + 3000 0 5 0 H + 3100
0.85 H + 3200 0.70H + 3300
30° 1.732 H + 4540 35° 1.428 H + 4700
Modelo G
D
K
L
M
32 UB 44 UB 48 UB
805 1110 1212
605 910 1012
1230 1535 1637
1330 1635 1737
920 1225 1327
1785 1878
1.732 H 1.428 H
2755 2822
Figura 3.10 Longitud y cargas sobre los apoyos en las escaleras mecánicas.
3870 3740
3.2 Composición y funcionam iento
En una dirección continuada (Tijera)
En una dirección interrumpida (Paralelo)
En dos direcciones cruzadas
En dos direcciones paralelas
Figura 3.11 Disposiciones posibles de escaleras mecánicas.
O Los requisitos anteriores referentes a la velocidad no son aplicables a los andenes «v* móviles con trayectos de aceleración ni a los sistemas de andenes móviles con tran O sición directa entre andenes móviles que se desplazan a velocidades diferentes.
O
A la frecuencia nominal y a la tensión nominal, se permite que la velocidad medida sin carga en la dirección de movimiento de los escalones y placas o la o banda, se desvíe de la velocidad nominal como máximo un ± 5%.
o o c*
302
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
e) Disposición de hs escaleras mecánicas Las escaleras mecánicas para subir y bajar pueden instalarse (Figura 3.10): • En una dirección continuada, en tijera • En una dirección interrumpida, en paralelo • En dos direcciones cruzadas • En dos direcciones paralelas f) Capacidad de transporte La capacidad de transporte depende de la anchura de la escalera y de su veloddad. En la Tabla 3.3 puede verse la capaddad de transporte de escaleras de anchos normales y veloddades de 0.40 y 0.60 m/s a pleno rendimiento, es dedr, con la escalera totalmente ocupada y con el rendimiento nominal, del 65 al 85% del ante rior que es el que debe tomarse como base de cálculo. Se ha de advertir que las escaleras mecánicas, normalmente deben marchar siempre en el mismo sentido. No se debe ponerlas en subida unas veces y en bajada otras. La puesta en marcha y la parada normales debe hacerlo solamente el encar gado de su servido, y eso sin pasajeros en ellas. No obstante, el algunos casos excepdonales de tráficos pesados en un sentido en unas horas, y en sentido contrario en otras, y cuando se disponen de varias escaleras por tramo, pueden ponerse durante las horas punta, mayor número de escaleras en ser vido en un sentido, y cambiar la proporción, cuando el sentido del tráfico se invierta En las referencias se puede encontrar informadón adicional sobre tecnología de escaleras mecánicas y andenes móviles.
4 personas Tipo elevador
Ancho (m). • T •*•.balaustrada «.1 . !i1
M
IE
Capacidad en 5 min. •*1 ' •
---r, •'
Nominal en 1 hora
i,
escalera
600
337
4.050
escalera
800
506
6.075
escalera
1000
675
6.100
escalera
800
506
6.075
escalera
1000
675
8.100
escalera
1400
1125
13300
3.2 Composición y funcionam iento
3 .2 .2 3 .2 .2 .1
303
Partes mecánicas
Cuartos de máquinas
Los espacios destinados a la maquinaria de accionamiento y retomo, espacios para maquinaría dentro de la estructura portante, así como espacios separados para maquinaria, no serán accesibles para personas no autorizadas. Estos recintos se utilizarán solamente para colocar el equipo necesario para el funcionamiento de la escalera mecánica o andén móvil Se admite la instalación en estos espacios de sistemas de detección de incendios, equipos de protección directa contra incendios y cabezales aspersores de extinción, siempre que estén suficientemente protegidos contra daños incidentales. También se permite instalar máquinas de tracción de ascensores en estos recintos. Accesibilidad Las vías y rutas de acceso a los espacios de maquinaria deberán ser seguras y prac ticables. ^ La altura libre de acceso deberá ser 1.80 m como mínimo. El acceso del personal autorizado a las trampillas y puertas de inspección, a los recintos de máquinas separados y a los recintos de accionamiento y retorno separa dos, deberá efectuarse preferentemente por medio de escaleras solamente. Cuando sea difícil utilizar escaleras, se podrán instalar escaleras que cumplan las siguientes condiciones: (a) no podrán resbalarse ni volcar; (b)en posición de uso, deberán formar un ángulo de 65° a 75° con la horizontal, salvo que sean fijas y su altura sea inferior a 1.50 m. (c) en escaleras verticales hasta una altura máxima de 1.5 m, la distancia entre los peldaños y la pared de atrás será al menos de 0.15 m. (d)se utilizarán exclusivamente con este fin y se guardarán siempre a mano en las proximidades; se dispondrá lo necesario a estos efectos. (e) en ta parte superior de la escalera habrá uno o más asideros fácilmente alcanzables. (0 cuando las escaleras no estén sujetas, se dispondrán puntos de enganche fijos. Construcción y equipo de los recintos de máquinas, de accionamiento y retomo En los recintos de máquinas y de retomo deberá existir un espado sufidentemente para estar de pie, sin piezas fijas de ningún tipo. Este espado deberá tener una superfide mínima de 0.30 m2 y el lado menor tendrá aJ menos 0.50 ni de longitud.
304
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Cuando el freno o la máquina principal estén situados entre el lado de pasajeros del escalón, placa o banda y la línea de retorno, se dispondrá en la zona de trabajo una superficie de pie adecuada, sensiblemente horizontal, no inferior a 0.12 ni2. La dimensión mínima no será inferior a 0.3 m. Esta parte puede ser fija o desmontable. En este último caso, siempre estará dis ponible en las proximidades. Se dispondrá lo necesario a estos efectos. Las dimensiones de los espacios de maquinaria separados, los recintos separa dos de accionamiento y retorno, y el espacio situado delante de los cuadros fijos de maniobra será suficiente para permitir al personal de mantenimiento un acceso fácil y seguro a todos los equipos, especialmente a las conexiones eléctricas. En particular, se dispondrá lo siguiente: (a) un espacio libre sobre una superficie que mida todo el ancho de los armarios o cuadros de maniobra (pero no inferior a 0.5 m) y 0.8 m de profundidad, para permitir el acceso a los equipos que soportan o contienen; (b) un espacio libre sobre un área de al menos 0.5 x 0.6 m para el mantenimiento e inspección de piezas móviles en los puntos en los que sea necesario; rutas de acceso, con un ancho mínimo de 0.5 m, a eslos espacios libres. Se permite reducir el ancho de 0.5 m a 0.4 m en zonas en las que no haya piezas móviles. En espacios de maquinaria separados, y recintos separados de accionamiento y retorno, y delante de cuadros fijos de maniobra, la altura libre no será inferior a 2 m, bajo ninguna circunstancia.
3 .2 .2 .2
3.2.2.2.1
Máquinas Grupo tractor
Cada escalera mecánica y cada andén móvil deberán estar accionados por al menos una máquina propia. El grupo tractor está formado por un motor eléctrico generalmente trifásico de rotor de jaula de ardilla, acoplado a un grupo reductor de velocidad, por medio de correas trapezoidales, o en una ejecución muy corriente, acoplado directamente, con el eje del motor vertical. El grupo reductor se compone de un engranaje sinfín de acero y una corona de bronce, que trabajan en baño de aceite contenido en un cárter cerrado. El eje de la corona transmite el movimiento a través de la cadena principal, al eje de las ruedas dentadas que arrastran las cadenas de los escalones. Y a través de otra transmisión, mueve también las poleas que arrastran los pasamanos.
3.2 Composición y funcionamiento
305
Actualmente se están impulsando tecnologías basadas en engranajes planeta rios, cuya principal ventaja radica en que tienen un rendimiento muy superior al de una transmisión sinfín-corona.
3 .2 .2 .2 .2
Freno
Las escaleras mecánicas y los andenes móviles estarán equipados con un sistema de frenado capaz de detener el aparato con una deceleración lo más constante posible ( y mantenerlo parado (freno de servicio). No existirá retardo intencionado en la apli- , carión del sistema de frenado. Inmediatamente después del motor se dispone el tambor del freno, usualmente de doble zapata, accionado eléctricamente por corriente continua. Su construcción y funcionamiento es similar a los de los ascensores (ver apartado 22.2.3.3 de este libro). En posición normal, el freno bloquea el sinfín del grupo reductor, y por tanto, la corona, y a través de la cadena principal las ruedas dentadas y las cadenas de los escalones, y en definitiva, el movimiento de la escalera. 3 Solamente cuando actúa la maniobra de puesta en marcha, recibe corriente con tinua el freno y desbloquea el movimiento de escalera. En caso de fallo del suministro de energía eléctrica, bloquea automáticamente el movimiento de la escalera.
i
<
'. ( • El freno debe ser capaz de mantener inmóvil la escalera ocupada por personas, j hasta la carga nominal. El sistema de frenado funcionará automáticamente: ( - en el caso de ausencia de tensión en la red; r - en el caso de ausencia de tensión de maniobra. < El freno de servicio puede aplicarse por medio de un freno electromecánico o por t otros medios. Si no se usa freno de servicio electromecánico, se dispondrá un freno auxiliar. Freno electromecánico La apertura del freno electromecánico se efectuará por la acción permanente de una corriente eléctrica. El funcionamiento del freno será efectivo inmediatamente des- O pués de abrirse el circuito de freno eléctrico. ^ La fuerza del freno se generará por muelle(s) guiado(s) de compresión o por ( peso(s). La autoexcitación del circuito de apertura de freno será imposible. ^ i i La interrupción de la alimentación eléctrica será efectuada por al menos dos circuitos eléctricos independientes. Pueden ser los que corten la alimentación de la ' j máquina. Si después de parar la escalera mecánica o andén móvil, no se ha abierto ^ uno de estos circuitos eléctricos, volver a arrancar será imposible. Para mantener abiertos los frenos que se puedan abrir manualmente, será nece- O saria una aplicación continuada de presión manual. (^ O i. j
306
Capítulo 3
Cláusula
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Distancia de frenado comprendida entre
8.1.1
Xj < * 0.24 m
8.1.2
y¡ <= 038 m
8.13
Zj 0.58 m a l.lOm
La construcción no tiene que corresponderse con el plano; sólo hay que observar las dimensiones indicadas.
Figura 3.12 Escalones, dimensiones principales (Norma EN-115).
Carga de frenado y distancias de parada de freno de servicio Determinación de la carga de frenado para escaleras mecánicas. Por cada escalón con ancho nominal z¡ de: hasta 0.6 m
se aplican
60 kg
más de 0.76 m hasta 0.8 m
se aplican
90 kg
más de 0.8 hasta 1.1 m
se aplican
120 kg
El número de escalones a tomar en consideración, se determina “dividiendo la altura entre niveles de entrada y salida por la máxima altura visible de la contrahue lla" (ver X j, en Figura 3.12). A efectos de ensayo, se permite distribuir la carga total de frenado sobre dos ter cios del número de escalones así obtenido.
32 Composición y funcionam iento
307
Distancias de parada de la escalera mecánica Las distancias de parada de escaleras mecánicas sin carga y bajando con carga debe rán estar comprendidas entre los siguientes valores:
Velocidad nominal
Distancia de frenado comprendida entre
0.50 m/s
min. 0.20 m y max. 1 m
0.65 m/s
min. 0.30 m y max. 130 m
0.75 m/s
min. 03 5 m y max. 130 m
A velocidades intermedias, se determinarán las distancias de parada por inter polación. Se medirán las distancias de parada desde el momento en el que se acciona el dispositivo eléctrico de parada. Determinación de la carga de frenado para diseñar el freno de andenes móviles. Por cada tramo de 0.40 m de longitud y un ancho nominal za de las placas o la banda de hasta 0.6 m
se aplican
50 kg
más de 0.6 m hasta 0.8 m
se aplican
75 kg
más de 0.8 hasta 1.1 m
se aplican
100 kg
En el caso de andenes móviles con un ángulo de inclinación de hasta 6o, que tengan anchos nominales superiores a 1.1 m, se aplicarán otros 25 kg por cada tramo de 0.4 m de longitud para cada ancho adicional de 0.3 m. Para determinar la carga de frenado de andenes móviles que presenten en su recorrido varias inclinaciones (diferencias de nivel), sólo se considerarán las seccio nes horizontales e inclinadas que, en conjunto, den la carga más desfavorable. Distancias de parada para andenes móviles Las distancias de parada para andenes móviles sin carga y andenes desplazándose horizontalmente o bajando cargados estarán entre los siguientes valores:
Velocidad nominal
Distancia de frenado comprendida entre
0.50 m/s
min. 0 2 0 m y max. 1 m
0.65 m/s
min. 030 m y max. 1.30 m
0.75 m/s
min. 0 3 5 m y max. 130 m
303
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
A velocidades intermedias, se determinarán las distancias de frenado por inter polación. Las distancias de frenado se medirán desde el momento de accionamiento por dispositivo eléctrico de parada. En andenes móviles, será suficiente un ensayo de frenado sin carga. En andenes móviles cargados, el fabricante demostrará las distancias de frenado por cálculo. Protección contra riesgos de sobrevelocidad o inversión no intencionada de la dirección de la marcha Las escaleras mecánicas y los andenes móviles estarán equipados de tal forma que so detengan automáticamente antes de que la velocidad supere un valor de 1.2 veces la velocidad nominal. Cuando se utilicen dispositivos de control de veloci dad con este fin, desconectarán la escalera mecánica o el andén móvil antes de que la velocidad supere un valor de 1.2 veces la velocidad nominal. Está permitido no tener en cuenta este requisito en el caso de motores de corriente alterna utilizados para accionar los escalones placas o banda, con acopla miento positivo y deslizamiento inferior al 10%, si con ello se evita el exceso de velocidad. Las escaleras mecánicas y los andenes móviles estarán equipados de manera que se detengan automáticamente en el momento en que los escalones y placas o banda cambien su dirección de marcha predeterminada. Acoplamiento entre el freno de servicio y el accionamiento de los escalones, placas o banda El acoplamiento entre el freno de servicio y el accionamiento de los escalones, pla cas o banda, se realizará preferentemente por medio de elementos de acoplamiento mecánico positivo (sin fricción), tales como ejes, engranajes, cadenas múltiples, dos o más cadenas simples. Si se utilizan elementos de fricción, tales como correas tra pezoidales (no se admiten correas planas), se empleará un freno auxiliar. Todos los elementos de accionamiento estarán suficientemente dimensionados. El coeficiente de seguridad para cadenas, bandas y correas trapezoidales será como mínimo de 5, por lo cual, en el caso de las correas trapezoidales, se emplearán al menos 3 correas. Freno auxiliar sobre la parte positiva del sistema d e accionamiento d e los escalones, de las placas o de la banda. Las escaleras mecánicas y los andenes móviles estarán equipados con freno(s) auxiliar(es) que actúen inmediatamente sobre la parte positiva del sistema de acciona miento de los escalones, placas o la banda (una sola cadena no se considera parte positiva), si
32 Composición y funcionamiento
309
< .)
\J (a) el acoplamiento del freno de servicio y las ruedas de accionamiento de los esca) Iones, placas o la banda no se realiza por medio de ejes, engranajes, cadenas < ¡ ^* múltiples, dos o más cadenas simples; o < ) (b) el freno de servicio no es un freno electromecánico; o c * (c) la diferencia de nivel entre la entrada y la salida es superior a 6 m. < t El freno auxiliar se dimensionará de manera que las escaleras mecánicas y andenes móviles en bajada con la carga de frenado se detengan por deceleración efectivo y ) se mantengan parados. ( •> Los frenos auxiliares serán del tipo mecánico (de fricción). f x •j El freno auxiliar actuará en cada uno de los casos siguientes: - antes de que la velocidad supere un valor de 1.4 veces la velocidad nominal
)
- en el momento que los escalones y placas de la banda cambien su actual dirección de movimiento. Su funcionamiento abrirá positivamente el circuito de maniobra. No es necesario que este aparato funcione eléctricamente, tal como el freno de servicio.
; )
Está permitido que los frenos auxiliares funcionen juntos con el freno de servi- \ j do, cuando en caso de fallo de la energía eléctrica de la red o de una interrupdón de | un circuito de seguridad, se mantengan las distandas de frenado establecidas anteriormente; en caso contrario, sólo se permite el funcionamiento simultáneo de los dos frenos. < Kj) Una vez acdonado el freno auxiliar, no es necesario mantener las distancias de , frenado definidas para el freno de servicio. J Accionamiento de emergencia
0
Las escaleras mecánicas no necesitan ningún accionamiento de emergencia. Si se ( f produce una averia, o un fallo en el suministro de energía eléctrica, los pasajeros ( que las estuviesen utilizando pueden continuar subiendo o bajando, con la escalera . J inmóvil. < t y Sin embargo, puede ser necesario mover la escalera para hacer alguna repara- 1 . dón, para lo cual se utiliza una manivela que se encaja en el extremo libre del motor, y se mueve mientras se mantiene desbloqueado, también a mano, el freno prindpal, J con un dispositivo ad hoc. i ^ Si se dispone de dispositivo de maniobra manual, éste deberá estar fáalmente i ■o accesible y utilizable sin riesgos. c Si el dispositivo de maniobra manual se coloca fuera de espacios de maquinaria, ' ' redntos de acdonamiento y retomo, no podrán acceder a él personas no autorizadas. No se permiten volantes con orifiaos ni manivelas.
' ■)
310
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Cláusula
Dimensiones principales
Cláusula
Dimensiones principales
5.15.1.1 5.15.1.2 5.15.13 5.15.1.4
A Faldillas B Perfil interior C Paredes posteriores de la balaustrada E Parte superior de la balaustrada D Paredes exteriores de la balaustrada h2 >= 25 mm Y>= 25°
73.1 73.1 73.1
b6 <= 8 mm b6 <= 8 mm h,0 >= 80 mm
73.2
l>270 mm a 100 mm
733
b j <= 50 mm
7.4 7.4
h, >= 30 mm b3 < 0.12 m (si Y < 45°) b, >= 050 m Z2 Ancho nominal
75.1 7.6
b, <= + 0.45 m z2 = z, + 7m m (ver 112.1); distancia entre faldillas h-, 0.10 m o 025 m h, 0.90 m a 1.10 m
5.15.15 5.15.6 5.15.7 5.15.7.1
5.15.72 52.4 53
La construcción no tiene que corresponderse con el plano; sólo hay que observar las dimensiones indicadas
Figura 3.13 Escalera mecánica/andén móvil (vista en corte), dimensiones principales.
Parada de maquinaria y comprobación de su posición de parada La parada de la escaleras mecánicas o andén móvil por medio de los dispositivos eléctricos de seguridad, se efectuará de la forma siguiente: El suministro será interrumpido por dos contactores independientes, cuyos con tactos estarán conectados en serie en el circuito de alimentación. Si, al pararse la escalera mecánica o andén móvil, no se ha abierto uno de los principales contactos de uno de los contactores, será imposible volver a arrancar.
3.2 Com posición y funcionam iento
3 .2 .2 3
311
La estructura p o rtan te
La estructura portante se diseñará de manera que pueda soportar el peso muerto de la escalera mecánica o andén móvil, más un peso de pasajeros de 5000 N/m2 (super ficie de transporte de carga = ancho nominal z¡ (ver Figura 3.13) de la escalera mecánica o andén móvil x distancia entre soportes lt (ver Figuras 3.8,3.9 y 3.10). No se sumará factor de impacto a la carga de pasajeros. La flecha máxima, calculada o medida, debida a la carga total de explotación, no deberá superar 1/750 de la distancia entre soportes I,. Para escaleras mecánicas y andenes móviles destinados a servicio público La flecha máxima, calculada o medida, debida a la carga total de explotación, no deberá superar 1/1000 de distancia entre soportes lj. 3 .2 .2 .4
Escalones y cadenas de arrastre
Los escalones están formados por un chasis, generalmente de aluminio fundido a presión, sobre el que se atornilla la pisa ranurada, también de aluminio fundido, pero mecanizada. El montaje de la pisa se realiza utilizando una plantilla, con el mismo ranurado que los andenes de embarque, cuyos peines deben encajar perfec tamente con las ranuras de los escalones, para que el embarque de los pasajeros se haga suavemente, sin molestias, ni peligro. Los frentes o contrahuella de los escalones son de chapa de acero esmaltado, aunque también pueden ser ranurados. Los escalones van por su extremo superior fijados sobre los ejes que unen las dos cadenas que los arrastran, mientras que su extremo inferior va sobre ruedas que ruedan sobre los carriles que lleva el bastidor de la escalera para este objeto. Dimensiones (ver Figura 3.12) La altura de escalón Xj no superará los 0.24 m. Si está permitido utilizar las escaleras mecánicas como salida de socorro cuando están fuera de servicio, la Altura de escalón no superará los 0.21 m. La profundidad de escalón, y 1 no será inferior a 0.38 m. En escaleras mecánicas y andenes móviles, el ancho nominal no será inferior a 0.58 m y no superará 1.10 m. En andenes móviles con un ángulo de inclinación de hasta 6o, se permiten anchos mayores. Construcción de los escalones, placas y la banda (ver Figuras 3.7,3.8,3.9 y 3.12) Los escalones, placas y la banda se ajustarán a las condiciones de servicio. Podrán soportar continuamente una carga uniformemente distribuida correspondiente a 6000 N/m2, sin presentar deformación que pueda dificultar el correcto funciona miento de la escalera mecánica o andén móvil.
312
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Para dimensionar la banda, como base para la aplicación de esta carga específica se tomará un área de ancho efectivo x 1.0 m de longitud. Los escalones y placas cumplirán los siguientes requisitos y pasarán las siguien tes pruebas: Ensayo de carga estática Escalones El escalón se someterá a un ensayo de flexión con una fuerza única de 3000 N (incluyendo el peso de la plancha) aplicada perpendicularmente a la superficie pisable sobre una plancha de acero de 0.2 x 0.3 m de tamaño y de al menos 25 mm de grosor, en el centro de la superficie pisable. El borde de la plancha de 0.20 m de lon gitud, se situará en paralelo al borde delantero del escalón, y el borde de 0.30 m de longitud quedará en ángulo recto con el borde delantero del escalón (Figura 3.14) Durante este ensayo, la flecha medida en la superficie pisable no será mayor de 4 mm. No debe haber deformación permanente (se admiten tolerancias de ajuste). El escalón se ensayará en su conjunto, comprendidos los rodillos (sin rodar), ejes o varillas de articulación (si existen), en posición horizontal (soporte horizontal) y siguiendo la máxima inclinación (soporte inclinado) para la que se vaya a aplicar el escalón. No es necesario repetir el ensayo para las inclinaciones menores que la máxima permitida. Tampoco es necesario realizar un ensayo del escalón instalado, es decir, junto con sus guías y la estructura portante de la escalera. Placas La placa se someterá a un ensayo de flexión, aplicando una fuerza única puntual de 7500 N (incluyendo el peso de la plancha) a una placa de 1 m2 de área. La fuerza se apli cará perpendicularmente a la superficie pisable sobre una plancha de acero de 0.30 x 0.45 m de tamaño y al menos 25 mm de grosor, en el centro de la superficie pisable, y el borde de la plancha de 0.45 m se colocará paralelo al borde lateral de la placa. En placas de mayor o menor área, la fuerza y el área de carga cambiarán propor cionalmente, por lo que la relación de longitud del borde para el área de carga será de 1:1.5; sin embargo, la fuerza no será inferior a 3000 N (incluyendo el peso de la plancha), el tamaño de la plancha no será inferior a 0.20 x 0.30 m y su grosor no será inferior a 25 mm. Durante este ensayo, la flecha medida en la superficie pisable no será mayor de 4 mm. No habrá deformación permanente (tolerancias de ajuste permitidas). Las placas se ensayarán en su conjunto, con rodillos (sin rodar), ejes o varillas de articulación (si existen), en posición horizontal. No es necesario ensayar la placa ins talada, es decir, junto con sus guías y la estructura portante del andén móvil.
3.2 Com posición y funcionam iento
313 F = 3000 N
Ensayo dinámico Escalones El escalón se ensayará con la máxima inclinación (soporte inclinado) para la cual se vaya a aplicar el escalón, junto con sus rodillos (sin rodar), ejes o varillas de articula ción (si existen). Se someterá a una carga pulsátil de entre 500 y 3000 N a una fre cuencia aproximada de entre 5 y 20 Hz, durante al menos 5 x1o6 ciclos, con lo cual se alcanzará una fuerza armónica sin perturbaciones. La carga se aplicará perpendi cular a la superficie pisable sobre una plancha de acero de 0.20 x 0.30 m de tamaño y al menos 25 mm de grosor, colocada como se ha especificado en el punto 8.2.2.1.1., en el centro de la superficie pisable. Después del ensayo, el escalón no mostrará fracturas ni deformación perma nente mayor de 4 mm, medida en la superficie pisable. Si los rodillos resultan daña dos durante el ensayo, está permitido sustituirlos.
314
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Placas La placa, independientemente de su tamaño, se ensayará en posición horizontal junto con sus rodillos (sin rodar), ejes o varillas de articulación (si existen). Se some terá a una carga pulsátil de entre 500 y 3000 N a una frecuenda aproximada entre 5 y 20 Hz, durante al menos 5 x1o6 dclos, con lo cual se conseguirá una fuerza armó nica sin perturbaciones. La carga se aplicará perpendicular a la superfide pisable sobre una plancha de acero de 0.20 x 0.30 m de tamaño y al menos 25 mm de grosor en el centro de la superficie pisable. Después del ensayo, la placa no mostrará fracturas ni deformación permanente mayor de 4 mm, medida en la superfide pisable. Si los rodillos resultan dañados durante el ensayo, está permitido sustituirlos. Superficie pisable de escalones y placas (ver Figura 3.8) La superficie pisable de escalones y placas tendrá ranuras en la dirección de mar cha, con las cuales encajarán los dientes de los peines. Los escalones de la escalera mecánica estarán en posidón sensiblemente horizontal en toda el área de utilizadón de la escalera. El ancho by de las ranuras será como mínimo de 5 mm y como máximo de 7 mm. La profundidad h7 de las ranuras no será inferior a 10 mm. El ancho de los nervios b8será como mínimo de 2.5 mm y como máximo de 5 mm. Las huellas y contrahue llas de los escalones o placas no terminarán con una ranura en sus bordes laterales. El borde entre la huella y la contrahuella del escalón no tendrá aristas vivas. Bandas (ver Figura 3.8) Las bandas tendrán ranuras en la direcdón de marcha, con las cuales encajarán los dientes de los peines. El ancho b7 de las ranuras será como mínimo de 4.5 mm y como máximo de 7 mm, y se medirá en la superfide pisable de la banda. La profun didad 1*7 de las ranuras no será inferior a 5 mm. El ancho de nervio bg será como mínimo de 4 5 mm y como máximo de 8 mm, y se medirá en la superficie pisable de la banda. La banda no terminará con una ranura en el borde lateral de la banda. Los empalmes de la banda pisable se efectua rán de modo que se obtenga una superfide pisable continua e ininterrumpida. Andenes móviles con banda de apoyos laterales Cuando la banda pisable sea transversal mente rígida y soportada por rodillos a lo largo de sus bordes, se aplicarán los siguientes requisitos: con la banda tensada en condidones normales de servicio, se aplicará una fuerza única puntual de 750 N (incluyendo el peso de la plancha) sobre una plancha de acero de 0.15 m x 0.25 m x 0.02 m de tamaño. La plancha se situará centrada entre los rodillos de apoyo lateral, de manera que su eje longitudinal quede paralelo al eje longitudinal de la banda. La
3.2 Composición y funcionam iento
315
750 N
uuinnn/uinnn/mjuiAnn/tnnnnnnnnMutnnniuuutnnn/vuuuuuuu
Cláusula
Símbolo de cantidad/Dcnomínación
82.4.6.1.1 8.1.2 8.1.3
z3 Distancia transversal entre los rodillos de apoyo y ,> = 0 J8 m z, 0.58 m a 1.10 m
* , ; •
La construcción no tiene que corresponderse con el plano; sólo hay que observar las dimensiones indicadas
Figura 3.15 Banda (vista en corte), fuerza única.
flecha en el centro no será mayor de 0 . 0 1 zy donde Z3 es la distancia transversal entre los rodillos de apoyo (ver z3 en Figura 3.15). Se colocarán soportes adicionales para la banda, a intervalos no superiores a 2 m a lo largo de su línea central. Estos soportes se situarán a un nivel a no más de 50 mm por debajo de la parte baja de la banda, cuando ésta esté cargada.
Contrahuellas de los escalones Las contrahuellas de los escalones serán suficientemente rigidas y resistentes a la rotura. Las contrahuellas deberán estar ranuradas de manera apropiada, y la superficie del ranurado será lisa. Los extremos de la huella del escalón encajarán con el ranurado de la siguiente contrahuella. Peines Los peines se montarán en ambos rellanos para facilitar la transición de los pasajeros. Construcción Los dientes de los peines encajarán con las ranuras de los escalones, placas o banda. El ancho de los dientes del peine no será inferior a 2.5 mm, medidos en la superficie pisable.
316
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Los exiremos de los peines serán redondeados y conformados de manera que se minimice el riesgo de quedar enganchado entre los peines y los escalones, placas o banda. El radio del extremo de los dientes no será mayor de 2 mm. Los dientes del peine tendrán una forma e inclinación que impida que los pies de los pasajeros que salen de la escalera mecánica o andén móvil, no tropiecen con tra ellos. El ángulo de diseño indicado en la Figura 3.8, no superará los 40°. Los pei nes, o su estructura portante, serán reajustables, para asegurar un correcto encaje. Los peines serán fácilmente reemplazables. En escaleras mecánicas y andenes móviles de placas, los peines serán rígidos y tendrán un diseño tal que, en caso de quedar atrapados cuerpos extraños, sus dientes se deformen y continúen encajados con las ranuras de los escalones o pla cas, o bien se rompan. En andenes móviles de banda, los peines serán rígidos. En el caso de que queden atrapados cuerpos extraños, se permite que los nervios de la banda se deformen, aunque los dientes del peine continuarán encajados con las ranuras. En el caso de que haya objetos atrapados que no se puedan liberar con los medios descritos, y que signifiquen riesgo de dañar los escalones, placas, banda o estructura portante de los peines, se detendrá la escalera mecánica o andén móvil Las cadenas de los escalones llevan un tensor para asegurar su perfecto funcio namiento.
Accionamientos Accionamiento por cadenas de los escalones o bandas Los escalones de las escaleras mecánicas serán accionados por al menos dos cade nas de eslabones de acero, de las cuales al menos una estará situada a cada lado del escalón. Las placas de los andenes móviles pueden ser accionadas por una sola cadena de eslabones de acero, si se garantiza el movimiento paralelo de las placas en el área utilizable, por otros medios mecánicos. El coeficiente de seguridad de cada cadena será al menos 5. Este coeficiente se determina como la relación entre la carga de rotura de la cadena y la fuerza estática a la que se somete la cadena cuando la escalera mecánica o andén móvil soporta el peso de los pasajeros de acuerdo con el punto 5.3., junto con la fuerza tensora del dispositivo tensor de las cadenas. Las cadenas se tensarán continua y automáticamente. No se permiten muelles como dispositivos tensores. Cuando se utilicen pesos para tensar, deberán quedar sujetos de forma segura si se rompe su suspensión.
3.2 Com posición y funcionam iento
317
Accionamiento de la banda por tambor El coeficiente de seguridad de la banda, incluyendo empalmes, será al menos 5. Este coeficiente se determina como la relación entre la carga de rotura de la banda y la fuerza estática a la que se somete la banda cuando el andén móvil soporta el peso de los pasajeros conforme, junto con la fuerza tensora del disposi tivo tensor. La banda se accionará por medio de tambores y se tensará continua y automática mente. No se permiten muelles como dispositivos tensores. Cuando se utilicen pesos para tensar, deberán quedar sujetos de forma segura si se rompe su suspensión. Otros medios de accionamiento de escalones, placas o banca Están permitidos otros medios de accionamiento si la seguridad y el funciona miento no se ven alterados. Guiado de escalones, placas y banda Se tomarán medidas para limitar el desplazamiento de los escalones o placas fuera de su sistema de guiado, si uno de los dispositivos de accionamiento resultase defectuoso, y para evitar que una banda que se rompa se salga de sus guías. Este requisito se aplica sólo al área utilizable de la escalera mecánica o andén móvil. Se tomarán medidas en el área de los peines, para garantizar el correcto encaje de los dientes del peine con las ranuras de la superficie pisable. La banda se sustentará en este área de manera adecuada, por ejemplo, mediante tambores, rodillos o placas de deslizamiento. Separación entre los escalones o placas y entre los escalones, placas o banda y las faldillas Distancias entre los escalones o entre las placas La distancia entre dos escalones consecutivos o placas en cualquier posición utilizable medida en la superficie pisable, no será mayor de 6 mm (ver Figura 3.9 y Figura 3.16 excepto detalle V). En el área de las curvas de transición de los andenes móviles con bordes delante ros y traseros de las placas encajados, se permite incrementar esta distancia hasta 8 mm (ver Figura 3.16, detalle V). Cuando las faldillas de las escaleras mecánicas o andenes móviles estén dispues tas lateralmente respecto a los escalones y placas o banda, la holgura horizontal no
318
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Figura 3.16 Placas, distancias y profundidad de encajado.
será mayor de 4 mm en cada lado, y 7 mm para la suma de holguras medidas a ambos lados, en dos puntos directamente opuestos. Cuando las faldillas de los andenes móviles terminen por encima de las placas o banda, la holgura no será mayor de 4 mm, medidos verticalmente desde la superfi cie pisable. El movimiento oscilante de las placas o banda en dirección lateral no deberá crear un espacio entre los costados de las placas o banda y el saliente vertical de las faldillas. Distancias entre los escalones, placas o banda y las faldillas Profundidad de encaje de los peines en las ranuras de la superficie pisable de los escalones o placas. La profundidad de encaje h8 de los peines en las ranuras de la superficie pisable (ver Figura 3.8) será al menos de 6 mm. La holgura h6 (ver Figura 3.8), no será mayor de 4 mm. Profundidad de encaje de los peines en las ranuras d e la banda La profundidad de encaje h8 de los peines en las ranuras de la banda (ver Figura 3.8) será a) menos de 4 mm. La holgura h* (ver Figura 3.8), no será mayor de 4 mm.
3.2 Com posición y funcionam iento
3 .2 .2 .5
319
Cadenas de arrastre
El mecanismo de transmisión que utilizan las escaleras mecánicas y los andenes móviles, suele estar formado por cadenas de transmisión de potencia. Las cadenas se utilizan con frecuencia entre ejes paralelos de máquinas de transporte y eleva ción. Las ruedas sobre las que pasan las cadenas se denominan catalinas, y su forma exterior depende del tipo de cadena empleado. La clasificación de los diferentes tipos de cadenas se realiza en función de la apli cación, de esta manera podemos distinguir tres grupos claramente diferenciados que son: • cadenas para elevación. • cadenas para transporte • cadenas de transmisión
Figura 3.17 Cadenas para elevación. Cadena común.
320
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Figura 3.18 Cadenas para elevación. Cadena de Iravesaños.
Dentro de cada uno de estos grupos encontramos otra subdivisión que se realiza en base a las diferentes tipologías constructivas de cadenas, así tenemos; (a) cadenas para elevación (Figuras 3.17 y 3.18): Hay dos variedades principal mente: comunes y de travesanos. Las cadenas de travesanos o marinas se suele enredar con menor facilidad que las comunes y su resistencia al aplastamiento es mucho mayor debido a que el eslabón está rigidizado por el travesaño central. (b) cadenas para transporte (Figuras 3.19 y 3.20): dos tipologías son las más utiliza das; desmontables (de unión por ganchos) y articuladas (de extremos cerrados). En estos tipos de cadenas es bastante importante el diseño de la catalina, ya que se procura que el diente esté espaciado para que la cadena entre y salga de las catalinas con suavidad y sin interferencia aun estando la cadena desgastada o estirada. Suelen transmitir potencia a bajas velocidades y carecen de las cualida des de marcha suave de otras cadenas.
Figura 3.19 Cadenas para transporte. Cadena desmontable de unión por gancho.
w &
3.2 Com posición y funcionam iento
321
Figura 3.20 Cadenas para transporte. Cadena articuladas de extremos cerrados.
(c) cadenas de transmisión (Figuras 3.21,3.22 y 3.23): los tres tipos mas usuales son: articuladas (de clavijas), de rodillos y de eslabones dentados o silenciosas. Este tipo de cadenas se realizan en materiales de más altas prestaciones que los de las cadenas de transporte, además de diseñarse y fabricarse con mayor precisión. Algunas de ellas poseen partes endurecidas para aquellas zonas que sufren un mayor desgaste. Se emplean este tipo de cadenas para la transmisión de fuerza a velocidades comparativamente bajas. Las cadenas de rodillos son las más empleadas para transmitir potencia por ello han sido normalizadas por la American Standars Association en los E.E.U.U. Una de las características básicas que diferencian a la transmisión por cadena del resto, es que poseen una relación constante de velocidad, esto es, no hay deslizamiento o estira miento. Además poseen una larga vida y son capaces de accionar una cierta canti dad de ejes a partir de una única fuente motriz. Como puede verse en la Figura 3.24, a la distancia que existe entre los centros de los rodillos se denomina paso, mientras que la anchura es la distancia entre las caras internas de los eslabones.
Figura 3J21 Cadenas de transmisión. Cadena articuladas de chvijas.
322
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Hay varios tipos de cadenas en función del número de cordones de cada una de ellas, Ibs más usuales son los de uno, dos, tres y cuatro cordones. Existen valores de tamaños estándar que están tabulados.
3.2 Composición y funcionam iento
323
Cadena de eslabones dentados o silenciosas.
-— *4— Diámetro deÍ rodillo .
1
A
J i]
Em Ancho
j
1 !
i
J
L " il|
¡'
1 l i.J i, * — A — . V , M | Distancia entre — —> — «r* »•» " cordones
! ,¡
u ¡
- F -
¡~ t r i
JL
|
-0 —
Figura 3.24 Eslabones en cadena de rodillos.
*
Capítulo 3
324
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Las variables que definen a una cadena de rodillos se pueden ver en la Figura 3.25, dichas variables han sido normalizadas por ANSI. Dada la Figura 3.25 en la que aparece la rueda dentada y la cadena correspon diente, se pueden identificar cada una de las variables mencionadas anteriormente además de otras referentes a la rueda. El diámetro de paso D de la catalina es el diá metro del círculo que pasa por los centros de los rodillos. Teniendo en cuenta consi deraciones trigonométricas se puede deducir que:
sen* = 211 = 2
D/2
D =
sen (y / 2)
(3.1)
donde: p = paso de la cadena y = ángulo de paso D = diámetro de paso de la rueda Dado que el ángulo de paso y (y = 360*/^) depende del número de dientes de la rueda dentada (Z r), la ecuación anterior se puede transformar en: D =
sen(180/Zr)
(3.2)
3.2 Com posición y funcionam iento
3
El ángulo y/2 se denomina ángulo de articulación y es el ángulo que mide la entrada en contacto del eslabón con la rueda y su magnitud es función del número de dientes. Esta entrada del eslabón en la rueda provoca un impacto entre los rodi llos y los dientes de la rueda, produciéndose un desgaste en ambos y en las juntas do unión de la cadena. La vida de la transmisión es función de este desgaste y de la resistencia a la fatiga de los rodillos, por ello para aumentar la vida de ésta, es con veniente reducir el ángulo de articulación al mínimo. En cuanto a la velocidad de la cadena, está influenciada también por el número de dientes de la rueda, ésta se define como el número de dientes que salen de la rueda en la unidad de tiempo, su expresión es: v = í2 j? = 60
60
(33) ^
donde: p = paso de la cadena n = velocidad de la rueda, r.p.m. D = diámetro primitivo de la rueda (m) Z,. = número de dientes de la rueda. Aunque se recomienda que la rueda motriz de la cadena tenga el mayor número posible de dientes, a la vez se recomienda que la rueda sea lo más reducida posible. Es por ello que para operaciones a velocidades moderadas y altas se suelen utilizar rue das con 17 dientes, aunque un número mayor de dientes aumentaría la vida con una disminución de ruido y vibraciones. Para operaciones a bajas velocidades y donde las restricciones del espacio son importantes so utilizan ruedas con un número menor de dientes disminuyendo sin embargo la vida estimada de la transmisión. En lo referente a las ruedas de la cadena que son accionadas, no suelen sobrepa sar los 120 dientes debido a que el alargamiento del paso puede provocar desliza mientos en ella. Por ello, las transmisiones más eficientes suelen tener una relación de velocidades de 6:1, sin embargo so pueden utilizar relaciones mayores sabiendo que ello puede ocasionar la reducción de la vida de la misma. Las transmisiones y en concreto las cadenas de rodillos no suelen fallar debido a la tensión sino a la fatiga ocasionada por el elevado número de horas de servicio. Normalmente el fallo se produce por el desgaste de los rodillos en los pasadores o en la superficie de los mismos rodillos. A la hora de seleccionar la cadena de una transmisión se suele tener en cuenta las características de la carga. Las cadenas se deben sobredimensionar siempre que aparezcan las siguientes condiciones: - en caso de fuertes cargas de choque - en caso de fuertes variaciones de la carga - si la lubricación no es suficiente - ambiente de trabajo duro (polvo, suciedad, etc.)
Capítulo 3
326
Escaleras mecánicas y andenes móviles
- si se tienen más de tres ruedas en la transmisión - si para velocidades bajas, la rueda menor tiene menos de 9 dientes o si para velocidades altas, la rueda menor tiene menos de 16 dientes. - si las ruedas dentadas son muy grandes Longitud de la cadena La longitud de la cadena necesaria para que un determinado par de catalinas colo cadas a una cierta distancia entre centros trabajen en conjunto. La longitud de la cadena se puede determinar en función del número de pasos o en metros con las dimensiones generales establecidas en los datos de partida. Se suele utilizar un número par de pasos, ya que si no, se necesita un eslabón de compensación o can dado. La ecuación que determina esta longitud en función del número de pasos es:
y la expresión de ésta en metros es: (3.5) donde: Le = longitud de la cadena (m) Lc/p = longitud de la cadena en pasos C = distancia entre ejes (m) Zr = número de dientes de la rueda Zp = número de dientes del piñón k = constante de engrane p = paso de la cadena (m) Normalmente se utilizan piñones con un número de dientes no inferior a 17, de los cuales como mínimo 3 estarán en continuo contacto con la cadena para evitar de esta manera las posibles vibraciones en la transmisión. La relación de transmisión no deberá sobrepasar 1:8, en caso de que se sobrepase se deben colocar varios piño nes. En caso de tener que transmitir movimientos con un relación de 1 :1 se suelen utilizar piñones con un elevado número de dientes. La relación de velocidad de las ruedas unidas por cadenas depende del número de dientes en las catalinas: (3.6)
3.2 Composición y funcionam iento
327
donde: Zr = número de dientes de la rueda conducida Zp = número de dientes del piñón conductor nr = velocidad de la catalina conducida (r.p.m.) np = velocidad de la catalina conductora (r.p.m.) Para el cálculo de la constante k se utiliza la fórmula siguiente:
este valor también se puede obtener de la tabla siguiente:
Tabla 3 4 0 etermina1c ': —,5v v.«
——
di
ífK ío v
Zr + Zp
k
Z r+ Z p
k
Zr+Zp
k
Zr + Zp
k
Zr + Zp
k
0
0.000
20
10.132
40
40528
60
91.189
80
162.114
1
0.025
21
11.171
41
42580
61
94254
81
166.192
2
0.101
22
12.260
42
44.683
62
97370
82
170.321
3
0228
23
13.400
43
46.836
63
100536
83
174500
4
0.405
24
14.590
44
49.039
64
103.753
84
178.731
5
0.633
25
15-831
45
51.294
65
107.021
85
183.011
6
0.912
26
17.123
46
53599
66
110339
86
187343
7
1.241
27
18.466
47
55.955
67
113.708
87
191.725
8
1.621
28
19.859
48
58.361
68
117.127
88
196.158
9
2.052
29
21.303
49
60.818
69
120598
89
200.641
10
2533
30
22.797
50
63326
70
124.118
90
205.175
11
3.065
31
24342
51
65.884
71
127.690
91
209.760
12
3.648
32
25.938
52
68.493
72
131.312
92
214396
13
4.281
33
27.585
53
71.153
73
134.985
93
219.082
14
4.965
34
29282
54
73.863
74
138.709
94
223.818
15
5.699
35
31.030
55
76.624
75
142.483
95
228.606
16
6.485
36
32828
56
79.436
76
146.308
%
233.444
17
7320
37
34.677
57
81298
77
150.183
97
238.333
18
8.207
38
36577
58
85211
78
154.110
98
243.272
19
9.144
39
38.527
59
88.175
79
158.086
99
248.262
328
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Figura 326 Posiciones de montaje de la cadena.
En el caso de una transmisión de ruedas múltiples, la longitud de la cadena se obtiene realizando un dibujo a escala, lo más aproximado posible y realizando la medida posteriormente. Las posiciones de montaje de las cadenas pueden ser varias, en la Figura siguiente se muestran las posibles de las cuales la posición vertical no se reco mienda por provocar problemas ya que debido al efecto de la gravedad sobre la cadena ésta tiende a separarse de los dientes del piñón o la rueda. Para aumentar la vida de la cadena de rodillos es necesario lubricarla mediante un proceso de goteo o de baño poco profundo con un aceite mineral ligero o mediano sin aditivos. Salvo en operaciones especiales, la grasa y los aceites pesados no deben utilizarse ya que debido a que son más viscosos y es más difícil que pene tren en los intersticios de la cadena. El desgaste máximo admitido en una cadena viene dado en fundón del número de dientes de la rueda: 1% para ruedas de más de 80 dientes 2% para ruedas entre 30 y 80 dientes 3% para ruedas entre 17 y 32 dientes En una cadena otro de los parámetros importantes es el tensado de la misma. La cadena debe estar tensada de manera que se optimice el rendimiento de la transmi sión. Existen varios métodos de tensado, los más utilizados son los de tensado por desplazamiento del soporte asegurado con tomillos y con rodillo guía en la cadena. En la Figuras 3.27 y 3.28 se muestran estas confíguradones. Pero una tensión exagerada puede produar los siguientes efectos: • Menor rendimiento en la transmisión. • Fundonamiento ruidoso de la transmisión
3.2 Composición y funcionam iento
329
• Desgaste rápido • Sobrecarga sobre los palieres • Fatiga adicional Cuando la transmisión por cadena se realiza sin tensor la máxima deflexión admi tida es un 2% de la distancia entre ejes (C) (Figura 3.29).
Figura 3 2 7 Tensado por tornillo.
« Capítulo 3
330
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Figura 3.29 Máxima deflexión admitida en cadenas sin tensado.
Cálculo de la potencia En las transmisiones por cadena se selecciona la potencia nominal en función de la velocidad de la rueda. Pero esta potencia ha de ser corregida con unos factores de mayoración relativos al servicio de la misma y al tipo de lubricación. El primer factor de corrección es el denominado factor de corrección del número de dientes Cj, debido a que la rueda dentada impulsora puede tener más o menos de 17 dientes. El segundo factor de corrección c2, denominado factor de corrección de cordo nes múltiples^ es necesario puesto que el número de cordones no está relacionado con la potencia de forma lineal. Ambos factores se presentan en las Tablas 3.5 y 3.6.
---- ----- .------------- --------------------Tabla 3.5 Factor de corr ección para ¡os dientes, c -
• -
Número de dientes de la
Factor de
Número de dientes de la
Factor de
rueda impulsora
corrección c
rueda impulsora
corrección c
11
0.53
22
1.29
12
0.62
23
135
13
0.70
24'
1.41
14
0.78
2S
1.46
15
0.85
30
1.73
16
0.92
35
1.95
17
1.00
40
2.15
18
1.05
45
237
19
1.11
50
2.51
20
1.18
55
2.66
21
1.26
60
2.80
J
3.2 Com posición y funcionam iento
331
. ',• ' - •« , , , ,. . . Tabla 3.6 Factor de corrección para cadenas de cordones múltiples, c2
. . . . . .
Número de cordones
Factor de corrección c
1
1.0
2
1.7
' .••!■# $ífc* -Mv
(i -■ . .¿%A
■TL,
ÚWfcí»
Vrpm rueda
25
35
3
25
4
33
40
. .•>„
50
0.05
100
0.09
0.29
150
0.13
0.41
200
0.16
300
0.23
400
41'
,
50
60
«X.
80
100
120
140
160
180
200
240
9.33
14.4
20.9
28.9
38.4
61.8
•
0.20
0.72
1.24
288
5.52
0.69
038
134
231
538
103
17.4
26.9
39.1
54.0
71.6
115
0.99
055
1.92
332
7.75
14.8
25.1
38.8
563
77.7
103
166
054
1.29
0.71
250
4.30
10.0
19.2
325
503
729
101
134
215
0.78
1.85
1.02
3.61
6.20
145
27.7
46.8
72.4
105
145
193
310
03 0
1.01
2.40
132
4.67
8.03
18.7 35.9
60.6
93.8
136
188
249
359
500
03 7
1.24
2.93
1.61
5.71
9.81
229
43.9
74.1
115
166
204
222
0
600
0.44
1.46
3.45
1.90
6.72
11.6
27.0
51.7
873
127
141
155
169
700
0.50
1.68
3.97
2.18
7.73
133
31.0
59.4
89.0
101
112
123
0
800
056
1.89
4.48
2.46
8.71
15.0
35D
63.0
72.8
82.4
91.7
101
900
0.62
2.10
4.98
2.74
9.69
16.7
39.9
52.8
61.0
69.1
76.8
84.4
1000
0.68
231
5.48
3.01
10.7
183
37.7
45.0
521
59.0
65.6
721
1200
0.81
273
6.45
329
12.6
2 1 j6
28.7
34.3
39.6
44.9
49.9
0
1400
0.93
3.13
7.41
2.61
14.4
18.1
22.7
27 2
31.5
35.6
0
1600
1.05
353
8.36
2.14
128
14.8
18.6
223
25.8
0
1800
1.16
3.93
8.%
1.79
10.7
12.4
15.6
18.7
21.6
2000
152
9.23
10.6
133
15.9
0
0.16
0.37
1.27
4 32
7.72
2500
156
5.28
551
1.10
658
757
9.56
0.40
3000
1.84
5.64
4.17
0.83
4.98
5.76
7.25
0
Tipol
Tipo 2
Tipo 3
Tipo 4
332
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
La potencia corregida se obtiene multiplicando el valor de la potencia nominal que se obtiene de la Tabla 3.7 y multiplicada por los factores de corrección Cj y c2: P'c = c1c2 P'
(3.8)
donde: P'c = potencia nominal corregida (CV). P’ = potencia nominal (CV). El tipo 1 corresponde a cadenas con lubricación manual o por goteo. El tipo 2 corresponde a cadenas con lubricación por baño o de disco. El tipo 3 corresponde a cadenas con lubricación por flujo de aceite. El tipo 4 corresponde a cadenas con lubricación por flujo de aceite intensa. Para obtener la potencia final de diseño se debe multiplicar la potencia nominal corregida por otro factor denominado factor de servicio, que considera las variacio nes de las máquinas impulsora e impulsada. Este factor se expresa en la Tabla 3.8. P = c3 P*c
(3.9)
donde: P'c = potencia nominal corregida (CV). P = potencia final de diseño (CV).
Tabla 3 8
F actores d
- v r 'T ; ?.< .
Máquina impulsada
Máquina impulsora
de ■ Motor combustión
'
Motor eléctrico o turbina
interna con transmisión hidráulica
' '
11
Motor de combustión interna con transmisión mecánica
Sin choques
1.0
1.0
12
Choques moderados
12
13
1.4
Choques fuertes
1.4
13
1.7
~?rr 3.2 Com posición y funcionam iento
333
Esfuerzos en h cadena El esfuerzo total en la cadena se calcula como la suma de dos esfuerzos; el esfuerzo útil en la cadena (Fu) más el esfuerzo de la fuerza centrífuga (Fc). F = Fu + Fc
(3.10)
en donde: F. =
P 75
Fc =
k 2000
G v2
(3.11)
(3.12)
con G = peso de la cadena por metro kg/m g = aceleración de la gravedad m/s2 dp = diámetro primitivo del piñón en mm con Fu y Fe en daN y v en m/s De aquí se obtiene el coeficiente de seguridad como:
C = -F S
(3.13)
siendo Fr el esfuerzo necesario para la rotura en daN. En la Tabla 3.9 se muestran las dimensiones de cadenas de rodillos estándar de un sólo cordón normalizadas por ANSI. 3 .2 .2 .6
Balaustradas
Las balaustradas, una a cada lado de la escalera, tienen la misión de proteger a los pasajeros y ayudarles a mantenerse seguros en los escalones, en su ascenso o des censo. Se componen de un zócalo o rodapiés, lo más liso posible que levanta unos 20 cm de los escalones, que se mueven, junto a él, pero sin rozarlo. En este rodapiés se encuentran los dispositivos de seguridad contra atasco lateral, para prevenir cual quier accidente, por la introducción de un objeto extraño entre los escalones y el rodapiés.
Capítulo 3
334
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Tabla 3.9 Dimensiones de cadenas de rodillos (ANSI)
, ;
Paso (mm)
Anchura (mm)
Resistencia mínima a tracción (N)
Peso medio (N/m)
Diámetro del rodillo (mm)
Distancia entre cordones múltiples (mm)
25
635
3.18
3470
131
330
6.40
35
952
4.76
7830
3.06
5.08
10.13
41
12.70
635
6670
3.65
7.77
-
40
12.70
7.94
13920
6.13
7.92
1438
50
15.88
9.52
21700
10.1
10.16
18.11
60
19.05
12.7
31300
14.6
11.91
22.78
80
25.40
15.88
55600
25.0
15.87
29.29
100
31.75
19.05
86700
37.7
19.05
35.76
120
38.10
25.40
124500
56 5
22.22
45.44
140
44.45
25.40
169000
72.2
25.40
48.87
160
50.80
31.75
222000
965
2857
5855
180
57.15
35.71
280000
132.2
35.71
65.84
200
6350
38.10
347000
159.9
39.67
71.55
240
76.70
47.63
498000
239
47.62
87.83
Número ANSI de la cadena
•r
:' V
i
-,
Más información se puede encontrar en la bibliografía.
Las balaustradas pueden ser rectas, o bien inclinadas hacia afuera, a partir de la terminación del rodapié. Su longitud debe ser suficiente para proteger la escalera y además los dos ande nes de embarque, para permitir a los pasajeros asirse a los pasamanos antes de empezar a subir o bajar. Por lo menos uno o dos escalones deben moverse, lo mismo que el pasamanos, horizontalmente, antes de comenzar la subida o bajada. La altura de la balaustrada debe ser como mínimo 0.95 m sobre los escalones. Las balaustradas de las escaleras para servicio interior están revestidas general mente de laminados de plástico o formadas por cristal securit encuadrado por un bastidor de aluminio anodizado. Las balaustradas de las escaleras de intemperie deben ser de acero inoxidable.
3.2 Composición y funcionamiento
3 .2 .2 .7
335
Pasamanos
Sobre las balaustradas, y deslizándose por guías adecuadas, van los pasamanos de caucho reforzado con un trenzado de algodón, soportado por un fleje de acero. Cada pasamanos forma una cinta sin fin que se mueve entre las poleas de arras tre, accionada por el grupo tractor, y la polea de retomo situada en la parte baja de la escalera. Entre las dos poleas hay otra tensora que compensa el inevitable alarga miento que experimentan los pasamanos con el tiempo. La velocidad de desplazamiento de los pasamanos es igual a la de los escalones, lo que permite a los pasajeros viajar asidos a él, sin soltarlo en ningún momento. • Cada balaustrada deberá estar provista, en su parte superior, de un pasamanos que se desplace en la misma dirección que los escalones, placas o banda, y a una tolerancia de velocidad de entre el 0% y 12% de la velocidad de los mismos. Continuación del pasamanos más allá del peine La parte horizontal del pasamanos sobresaldrá longitudinalmente en los rellanos, por una distancia 13 (ver Figuras 3.7 a 3.9) de al menos 0.3 m más allá de la raíz de los dientes del peine (ver Figura Lj en Figuras 3.7 a 3.9). En el caso de andenes móviles inclinados sin sección horizontal en los rellanos, se permite la continuación del pasamanos en paralelo al ángulo de inclinación. Perfil y posición Los perfiles del pasamanos y sus guías en las balaustradas estarán formados o ence rrados de tal manera que se reduzca la posibilidad de que dedos o manos queden pinzados o enganchados. La distancia entre el perfil del pasamanos y los perfiles de guiado o revesti miento no será, bajo ninguna circunstancia, superior a 8 mm de anchura (ver b6 y b6 •en Figura 3.13, detalle W). Para evitar colisiones, la distancia horizontal bl0 (ver Figura 3.12) entre el borde exterior del pasamanos y las paredes u otros obstáculos, no será inferior a 80 mm bajo ninguna circunstancia. Esta distancia se mantendrá a una altura de al menos 2.10 m por encima de los escalones de la escalera mecánica y por encima de las pla cas o la banda del andén móvil. Esta altura puede ser menor si se evita el riesgo de lesiones tomando medidas apropiadas. En escaleras mecánicas dispuestas en paralelo, una junto a otra, o entrecruzadas, la distancia entre los bordes de los pasamanos no será inferior a 120 mm. El ancho t>2 del pasamanos deberá tener entre 70 y 100 mm (ver Figura 3.12, deta lle W). La distancia b5 entre el pasamanos y el borde de la balaustrada no superará los 50 mm (ver Figura 3.13).
336
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Distancia entre los centros d e los pasamanos La distancia b[ entre los centros de los pasamanos no será mayor que la distancia entre faldillas por más de 0.45 m (ver y z2 en la Figura 3.13). Protección en el punto d e entrada en la balaustrada El punto más bajo de entrada del pasamanos en la cabeza de la balaustrada estará a una distancia h3 desde el piso, que no será inferior a 0.1 m y no superará los 0.25 m (ver Figums 3.7 y 3.13). La distancia horizontal 14 entre el punto más avanzado del pasamanos y el punto de entrada en la cabeza de la balaustrada será al menos de 0 3 m (ver Figura 3.7). En el punto de entrada del pasamanos en la cabeza de la balaustrada, se colocará una defensa que evite la posibilidad de pinzado de dedos y manos. Altura sobre los escalones, placas y banda La distancia vertical h¡ entre el pasamanos y la nariz del escalón, o superficie de la placa o banda, no será inferior a 0.9 m y no superará los 1.1 m (ver Figuras 3.7 y 3.13). Guiado Los pasamanos serán guiados y tensados de forma que no se salgan de sus guías durante su uso normal. Dispositivo de control contra rotura del pasamanos Si el pasamanos no está certificado por su fabricante para una carga de rotura de al menos 25 kN, un dispositivo deberá provocar la parada de la escalera mecánica o del andén móvil si se rompe el pasamanos. 3 .2 .2 .8
R ev estim ien to y alred ed o res
R evestim iento d e la e sc a le ra m e c á n ica y al and én m óvil
Todos los elementos, movidos mecánicamente, de la escalera o del andén móvil, deberán estar completamente encerrados por paredes o paneles no perforados. Se exceptúan los escalones, placas o bandas que son accesibles y la parte del pasama nos utilizable por el usuario. Se permiten orificios de ventilación. Se permite omitir el cerramiento de los elementos movidos mecánicamente, si otras medidas (tales como locales provistos de puertas condenadas por cerraduras, sólo accesibles a personal autorizado) imposibilitan cualquier peligro para el público. La acumulación de suciedad (por ejemplo, grasa, aceite, polvo, papel) representa un riesgo de incendio. Por lo tanto, deberá ser posible limpiar la suciedad de la
3.2 Composición y funcionamiento
337
parte inferior encerrada, si lo está. Si dicha limpieza no es posible, se tomarán otras precauciones (por ejemplo, sistema de aspersores u otro sistema de extinción de incendios) para evitar el riesgo de incendio. Puertas de inspección y trampillas Se dispondrán puertas de inspección y trampillas solamente donde sea necesario para la inspección y el mantenimiento del equipo. Sólo deberá ser posible abrir las trampillas y las puertas de inspección por medio de una llave o herramienta espe cialmente adecuado para tal fin, que estará exclusivamente en manos de personal autorizado. Si existe acceso a los espacios situados detrás de estas puertas o trampillas, será posible abrir las trampillas o puertas de inspección desde el interior sin utilizar llave, incluso si la cerradura está condenada. Las trampillas o puertas de inspección que, al abrirse, entren en la trayectoria de una escalera mecánica o andén móvil adyacente, deberán estar provistas de contac tos de seguridad, que impidan que la escalera o andén adyacente funcione al abrir estas puertas. Las trampillas y puertas de inspección no serán perforadas y responderán a las mismas exigencias que los materiales que constituyen los cerramientos. Aberturas d e ventilación No será posible tocar ninguna parte móvil a través de una abertura de ventilación (ver EN 294:1992). Balaustradas Se instalarán balaustradas a cada lado de la escalera mecánica o andén móvil. La balaustrada está constituida por componentes, para los cuales son habituales los siguientes términos: Faldillas - A: Parte del revestimiento adyacente a los bordes exteriores de los escalones, placas o banda (ver Figura 3.12). Perfil interior - B: Este perfil conecta la faldilla con los paneles interiores de la balaustrada. Paneles interiores de la balaustrada - C: Paneles interiores situados entre la faldi lla o el perfil interior y la cubierta superior de la balaustrada bajo el pasamanos. Cubierta de la balaustrada - E: Esta cubierta esta situada bajo el pasamanos y forma la cubierta superior de los paneles de la balaustrada. Paneles exteriores de la balaustrada - D: Paneles exteriores que cierran la esca lera o andén- desde la cubierta de la balaustrada.
338
Capitulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Cabezas de balaustrada: Extremos de la balaustrada en los rellanos, donde los pasamanos cambian su dirección de movimiento. Las balaustradas no tendrán partes sobre las que una persona pueda estar de pie normalmente. Se tomarán medidas apropiadas para disuadir a las personas de subirse al exterior de la balaustrada, en caso de peligro de caída desde la misma. Normalmente, sólo es posible subirse al exterior de la balaustrada en los rellanos inferiores, ya que en los superiores, hay barandados y antepechos que impiden el acceso a la balaustrada. En el área de los rellanos inferiores, se impide que las perso nas se suban a la balaustrada, por ejemplo, mediante la cubierta i¿sa exterior de la balaustrada, mediante barandados dispuestos en paralelo a la balaustrada, o mediante piezas adicionales dispuestas en ángulo recto con la balaustrada. Con una fuerza vertical de 800 N distribuida sobre la superficie del pasamanos en una longitud de 0.5 m, no habrá defommación permanente, rotura o desplaza miento de ninguna de las piezas de la balaustrada. Las partes de la balaustrada frente a los escalones, placas o banda, serán lisas. Los tapajuntas o listones no situados en la dirección de marcha no sobresaldrán más de 3 mm. Serán suficientemente rígidos y tendrán bordes redondeados o achaflana dos. No se permiten tapajuntas o salientes de esta naturaleza en las faldillas. Los tapajuntas situados en la dirección de marcha (en particular, entre las faldi llas y los paneles interiores de la balaustrada) se dispondrán y formarán de tal manera que se reduzca al mínimo el riesgo de quedar enganchado. Los intersticios entre los paneles interiores de la balaustrada no serán superiores a los 4 mm de anchura. Los bordes serán redondeados o biselados. Los paneles interiores de la balaustrada tendrán adecuada rigidez y resistencia mecánica. Al aplicar una fuerza de 500 N en cualquier punto de los paneles interio res de la balaustrada, en ángulo recto sobre un área de 25 cm2, el intersticio entre los paneles no deberá ser superior a 4 mm y no habrá deformación permanente (se per miten tolerancias de ajuste). Se permite utilizar vidrio para los paneles interiores de la balaustrada, siempre que sea vidrio de seguridad (templado) de una sola lámina y tenga adecuada rigi dez y resistencia mecánica. El grosor del vidrio no será inferior a 6 mm. Los salien tes y entrantes no deben presentar aristas vivas. Las faldillas serán verticales. La distancia vertical h2 entre el borde superior de las faldillas o el borde inferior de los tapajuntas salientes o la parte rígida de los deflectores, donde están instaladas, y la superficie pisable de los escalones, placas o banda, no será inferior a 25 mm (ver Figura 3.13). Las faldillas serán extraordinariamente rígidas, planas y unidas a tope. Sin embargo, en el caso de andenes móviles de gran longitud, es posible que se requie ran disposiciones especiales, en lugar de la unión a tope, en los lugares donde estos aparatos cruzan las juntas de dilatación de los edifidos.
3.2 Composición y funcionam iento
339
La faldilla no deberá flechar más de 4 mm bajo la acción de una sola fuerza de 1500 N sobre el punto más desfavorable, en ángulo recto sobre su superficie y en un área de 25 cm2. Esto no producirá deformación permanente. En las escaleras mecánicas se reducirá la posibilidad de quedar enganchado entre las fallidas y los escalones. Con este fin, se cumplirán las tres condiciones siguientes: • suficiente rigidez de las faldillas; • las distancias de separación no serán mayores de 4 mm en cada lado y 7 mm para la suma de holguras medidas a ambos lados en dos puntos directamente opuestos; • reducción del coeficiente de fricción utilizando materiales adecuados o un revestimiento adecuado para las faldillas. Además, se podrán poner marcas amarillas o deflectores adecuados a los lados de la superficie pisable de los escalones. El perfil interior y el empandado interior de la balaustrada tendrán un ángulo de inclinación de al menos 25° con respecto a la horizontal (ver Figura 3.13). Este requisito no es aplicable a la parte horizontal del perfil interior que se une directa mente al empanelado interior de la balaustrada (ver b4 en Figura 3.13). Esta parte horizontal b4 hasta el empanelado interior de la balaustrada tendrá menos de 30 mm. El ancho b^ medido horizontalmente, de cada perfil interior inclinado a un ángulo menor de 45° con la horizontal, será menor de 0.12 m (ver Figura 3.13). La distancia horizontal (medida en ángulo recto con la dirección de marcha) entre el empanelado interior de la balaustrada en los puntos más bajos, debe ser siempre igual o inferior a la distancia horizontal medida en los puntos más altos; la distancia máxima entre el empanelado interior de la balaustrada en cualquier punto, será menor que la distancia entre los pasamanos. EXCEPCION: Si la distancia horizontal entre pasamanos es menor que la distan cia entre el empanelado de la balaustrada bajo los pasamanos —exceptuando el área de la faldilla—, se aplicarán los siguientes requisitos adicionales: (a) la velocidad nominal no superará los 0.5 m/s; el ancho nominal de los escalones, placas o banda z¡ será como mínimo de 800 mm; (b) la distancia 12 entre el saliente de la línea de intersección del peine y el punto de la cabeza de la balaustrada en el que los pasamanos cambian su dirección de movimiento será, contrariamente a lo establecido en el punto 5.1.5.9, como mínimo de 1.20 m. Las cabezas de balaustrada, incluidos los pasamanos, sobresaldrán de la raíz de los dientes del peine al menos 0.6 m en dirección longitudinal (ver Li y 12 en Figuras 3.7 a 3.9).
340
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Alrededores de la escalera mecánica y el andén móvil En laj> entradas y salidas de las escaleras mecánicas y los andenes móvil es habrá espacio libre suficiente para acomodar a los pasajeros. El ancho de este espacio libre se corresponderá, como mínimo, con la distancia entre los centros de los pasamanos (ver bj en Figura 3.13). La profundidad será como mínimo de 2.50 m medidos desde el final de la balaustrada. Se permite reducir esta dimensión a ZOO m si el ancho del espacio libre se aumenta hasta al menos el doble de la distancia entre los centros de los pasamanos. Hay que prestar atención al hecho de que este espado libre ha de considerarse como parte de la función de tránsito en su conjunto y que, en algunos casos, es necesario incrementarlo. En el caso de escaleras mecánicas y andenes móviles sucesivos sin salidas inter medias, tendrán la misma capacidad teórica. La superficie del área de entrada y salida de las escaleras mecánicas y los ande nes móviles será antideslizante en una distancia mínima de 0.85 m medidos desde la raíz de los dientes del peine (ver L¡ en Figuras 3.7 a 3.9). La altura libre por encima de los escalones de la escalera mecánica o las placas o banda del andén móvil, en todos los puntos, no será menor de 2.30 m (ver h4 en Figuras 3.7 a 3.9). Cuando existan obstáculos del edifido que puedan causar lesiones, se tomarán medidas preventivas apropiadas. En particular, en las intersecdones con pisos y en escaleras mecánicas o andenes móviles entrecruzados, se colocará sobre la cubierta de la balaustrada una obstrucdón de altura no inferior a 0.30 m, que no presente ningún borde afilado cortante, por ejemplo, un triángulo sin perforaciones (ver h5 en Figura 3.9). No será necesario cumplir estos requisitos cuando la distancia fc>9 entre el centro del pasamanos y cual quier obstáculo sea igual o mayor que 0.50 m (ver Figura 3.13).
Transporte Las escaleras mecánicas y/o andenes móviles completamente montados, o compo nentes de los mismos, que no se puedan manipular a mano: (a) estarán equipados con accesorios adecuados para su traslado utilizando un medio de transporte o aparato elevador, (b) estarán diseñados de forma que se puedan acoplar dichos accesorios (por ejem plo, agujeros roscados), (c) estarán conformados de manera que se pueda acoplar fácilmente el medio de transporte o aparato elevador.
V 341
.*,
.
32 Composición y funcionamiento
( :
O 3 .2 .2 .9
C o m p on en tes de seguridad
(
-i-
Lim itador d e v elocid ad
Es un mecanismo formado por péndulos que giran con el eje del sinfín del grupo tractor, y que impulsados por la fuerza centrífuga, abren el circuito de maniobra y detienen el motor y bloquean el freno principal, en el caso de que la velocidad de desplazamiento de los escalones, por cualquier causa, supere en un 20% la veloci dad nominal.
Medidas de protección en los recintos de maquinaria de accionamiento y/o retorno De acuerdo con la cláusula 4 de la norma EN 292-2:1991, se dispondrán medios de protección efectivos para piezas giratorias que sean accesibles y peligrosas, en parti cular para
f
(a) chavetas y tomillos en ejes;
¡ ^
(b) cintas, cadenas, correas;
^j
(c) engranajes, ruedas dentadas, piñones;
( ^
(d) ejes salientes de motores;
i J
(e) limitadores de velocidad sin coraza;
( ^
(f) inversión de escalones y placas en los recintos de accionamiento y/o retomo a los que se deba acceder a efectos de mantenimiento.
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.
VéufiÜJU»
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.
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%í*'
Los limitadores de velocidad se acostumbran a instalar en el extremo libre del eje del motor.
Excepciones: volantes de maniobra, tambores de freno y piezas redondas y lisas (similares. D
{.i*
,, „*{/",■
i.
Estas piezas se pintarán de amarillo, al menos en parte.
3.2.3
Partes eléctricas
La instalación eléctrica de escaleras mecánicas o andenes móviles se diseñará y fabricará de manera que se asegure la protección contra peligros derivados de los equipos eléctricos, o que puedan ser causados por influencias externas sobre la misma, siempre que el equipo se utilice en aplicaciones para las que haya sido fabricado y se mantenga adecuadamente. Por lo tanto, el equipo eléctrico: (a) cumplirá los requisitos establecidos en las normas armonizadas CENELEC;
O
<3 O J 1 i ^ ^ ' ( J ( ^ « ^ \ D
342
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
(b) cuando no existan las normas armonizadas mencionadas en a), cumplirá los requisitos de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y que estén estipula dos en los documentos armonizados CENELEC; (c) cuando no existan los documentos mencionados en a) y b), cumplirá los requisi tos de las normas nacionales del país fabricante, que sean comparables a las del país de instalación; (d) cuando no existan los documentos mencionados en a), b) y c), cumplirá los requisitos de las normas nacionales del país donde se instale. Límites de aplicación Los requisitos de esta norma relativos a la instalación y a los elementos componen tes del equipo eléctrico se aplican: - al interruptor principal del circuito de potencia de la escalera mecánica o andén móvil, y a los circuitos que dependen de él; - al interruptor principal del circuito de alumbrado de la escalera mecánica o andén móvil, y a los circuitos que dependen de él. La escalera mecánica o el andén móvil se considerará en conjunto, de la misma manera que una máquina con sus aparatos incorporados. Esta norma no recoge la alimentación eléctrica de las bomas de entrada de los interruptores, ni la alimentación eléctrica del alumbrado de los recintos de maqui naria y recintos de accionamiento y retomo. En recintos de maquinaria separados y recintos de accionamiento y retomo separados, se requieren protección contra el contacto directo por medio de corazas que ofrezcan un grado de protección IP 2 X como mínimo. La resistencia del aislante entre conductores, y entre conductores y tierra, será superior a 1000/V, con un mínimo de (a) 500 000 para circuitos de potencia y circuitos de dispositivos eléctricos de seguri dad; (b) 250 000 para los demás circuitos (maniobras, alumbrado, señalización, etc.). Para los circuitos de maniobra y seguridad, el valor medio en corriente continua o el valor r.m.s. en corriente alterna entre conductores, o entre conductores y tierra, no superará los 250 V. El conductor neutral y el conductor de continuidad de tierra serán conformes con CENELEC HD384.
3.2 Com posición y funcionam iento
3 .2 .3 .1
3.2.3.1.1
343
Instalación eléctrica Cuarto de máquinas
Alumbrado La instalación eléctrica de alumbrado en recintos de maquinaría separados, o recin tos de accionamiento y retomo separados, será fija y permanente. La instalación eléctrica de alumbrado en los recintos de accionamiento y retorno y en los recintos de máquinas dentro de la estructura portante se efectuará por medio de una lámpara portátil permanentemente disponible en uno de estos lugares. Deberán existir una o varias tomas de corriente en cada uno de estos lugares. La instalación eléctrica de alumbrado y las tomas de corriente serán indepen dientes de la fuente de alimentación de la máquina, siendo alimentadas por un cable separado o por un cable derivado conectado antes del interruptor principal de la escalera mecánica o andén móvil. Interruptor de parada Será posible desconectar la escalera mecánica y el andén móvil desde los recintos de accionamiento y retomo. Las escaleras mecánicas y/o andenes móviles cuya unidad de accionamiento esté situada entre el lado de pasajeros del escalón, placa o banda y la línea de retomo, o fuera de los recintos de retomo, tendrán interruptores de parada adicio nales en la zona de la unidad de accionamiento. El funcionamiento de estos interruptores de parada provocará el corte de ali mentación de la máquina de tracción y permitirá que el freno de servicio sea efec tivo para detener la escalera mecánica o andén móvil. Los interruptores de parada: (a) serán de tipo abierto y cerrado manualmente; (b) tendrán las posiciones de conmutación marcadas de forma permanente y sin ambigüedades; (c) serán contactos de seguridad que cumplan lo dispuesto en el apartado del mismo nombre Caso específico: No es necesario instalar un interruptor de parada en un espacio de maquinaria si existe en él un interruptor. 3.2.3.1.2
Alumbrado
La escalera mecánica o andén móvil y sus alrededores estarán suficientemente y adecuadamente iluminados, especialmente en las proximidades de los peines. Se permite disponer el alumbrado en el espacio circundante o en la propia instalación.
344
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
La intensidad de iluminación en las entradas o salidas, incluyendo los peines, deberá estar en relación con la intensidad de la iluminación del alumbrado general de la zona. En escaleras mecánicas o andenes móviles de interior, la intensidad de iluminación no será inferior a 50 Ix en las entradas y salidas; en los de exterior, no será inferior a 15 be en las entradas y salidas, midiendo al nivel del suelo. 3 .2 .3 .2
Cuadro de maniobras
Puesta en marcha y puesta en servicio de las escaleras mecánicas y andenes móviles La puesta en marcha de las escaleras mecánicas o andenes móviles (o su puesta en servicio cuando el arranque sea automático al pasar un usuario por cierto punto) se efectuará mediante uno o más interruptores sólo disponibles para personas autori zadas (p.ej. interruptores accionados por llave, interruptores con palanca separada, caperuzas protectoras con cerradura para interruptores). Estos interruptores no funcionarán concurrentemente como los interruptores principales. La persona que accione el interruptor podrá ver todo el andén móvil o escalera mecánica o tendrá medios de asegurarse de que nadie está utilizando el andén o escalera antes de efectuar esta operación. La dirección de marcha será cla ramente reconocible por la indicación del interruptor. Las escaleras mecánicas o andenes móviles que arranquen automáticamente al paso de un usuario, comenzarán a moverse antes de que la persona llegue a la línea de intersección del peine. Esto se consigue, por ejemplo, mediante células fotoeléc tricas, si se sitúa al m enos 1.80 ni antes de la línea de intersección del peine. La lon gitud de la esterilla de contactos en la dirección de marcha será al menos de 0.85 m. Las tapices de contactos que reaccionen al peso responderán antes de que la carga alcance 150 N, aplicada a una superficie de 25 cm2en cualquier punto. Las disposiciones constructivas evitarán que se puedan esquivar los elementos de maniobra. En escaleras mecánicas o andenes móviles que arranquen automáticamente al paso de un usuario, la dirección de marcha será predeterminada, claramente visible y marcada de forma inequívoca. En los casos en los que se pueda entrar a las escaleras mecánicas o andenes móviles, que arrancan automáticamente al paso de un usuario, desde la dirección opuesta a la dirección de marcha predeterminada, arrancarán en la dirección prede terminada. El tiempo de funcionamiento no será inferior a 10 segundos. Parada Todos los dispositivos de parada actuarán por corte de corriente, y no por cierre del circuito de un relé.
3.2 Composición y funcionam iento
345
Parada no automática Antes de parar, la persona que accione el interruptor tendrá medios de asegurarse de que nadie está utilizando la escalera mecánica o andén móvil, antes de efectuar esta operación. Parada automática Se permite diseñar la maniobra de forma que la escalera mecánica o andén móvil se detenga automáticamente después de un tiempo suficiente (al menos el tiempo pre visto de traslado de pasajeros más 10 segundos) tras el accionamiento por el pasa jero de uno de los elementos de maniobra descritos anteriormente Parada de emergencia no automática Se dispondrán dispositivos de parada de emergencia en posiciones visibles y fácil mente accesibles en o cerca de los rellanos de la escalera mecánica o andén móvil. En escaleras mecánicas con desniveles superiores a 12 m, se pueden disponer dispositivos adicionales de parada de emergencia. En andenes móviles con una banda de transporte de longitud superior a 40 m, se dispondrán dispositivos adicionales de parada de emergencia. Las distancias hasta y entre los dispositivos adicionales de parada de emergen cia no superarán los - 15 m en escaleras mecánicas - 40 m en andenes móviles Parada automática de emergencia La escalera mecánica o andén móvil se detendrán automáticamente en caso de: (a) ausencia de tensión en el circuito de maniobra; (b) derivación a masa o a tierra; (c) sobrecargas citadas en el capítulo de protección de motores (d) funcionamiento de los dispositivos de control en caso de exceso de velocidad o inversión no intencionada de la dirección de la marchan te) funcionamiento del freno auxiliar; (0 rotura o alargamiento indebido de piezas de accionamiento directos de los esca lones, placas o banda, p. ej., cadenas o cremallera; (g) reducción (accidental) de la distanda entre los dispositivos de accionamiento y retomo; (h) cuerpos extraños atrapados en el punto en el que los escalones, placas o banda entran al peine;
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Capítulo 3
Escaleras mecánicos y andenes móviles
(i) parada de una escalera mecánica o andón móvil que le suceda, cuando no exista salida intermedia; (j) actuación del dispositivo de protección en la entrada del pasamanos; (k) cuando una parte del escalón o placa se hunda de manera que no se garantice el encaje de los peines en el punto en el que los escalones o placas entran al rellano. La desconexión se efectuará a una distancia suficiente antes de la línea de inter sección del peine. El dispositivo de maniobra se puede aplicar en cualquier punto de los escalones o placas. El apartado k) no es aplicable a andenes móviles de banda; Todas las operaciones de desconexión se ejecutarán mediante contactos de segu ridad o circuitos de segundad. Inversión de la dirección de marcha Sólo será posible una inversión intencionada de la dirección de marcha, si la esca lera mecánica o el andén móvil están en reposo y se cumple lo dispuesto en los apartados de puesta en marcha y parada del capítulo de maniobras Nuevo arranque Reactivación para un arranque automático Cuando la parada se efectúe mediante un dispositivo de parada de emergencia, se permite la reactivación de la escalera mecánica o andén móvil para un nuevo arran que automático sin interruptores, en las siguientes condiciones: (a) se supervisarán los escalones, placas o. la banda entre las líneas de intersección de los peines y 0.30 m adicionales más allá de cada peine, de forma que la reacti vación para un nuevo arranque automático sea efectuada solamente cuando no haya personas ni objetos dentro de esta zona; Para la prueba, sirve un cilindro vertical opaco de 0.30 m de diámetro y 0.30 m de altura, que será detectado por el dispositivo de maniobra en cualquier lugar dentro de esta zona. Como dispositivos de maniobra se pueden utilizar, por ejemplo, transmisores colocados en una distancia no superior a 0.30 m en la sección inclinada y la sección horizontal, y no superior a 0.20 m en la sección curva; (b) el andén móvil o escalera mecánica arrancará al paso de un usuario; sólo se efec tuará el arranque si, durante un intervalo mínimo de 10 segundos, el dispositivo de maniobra no detecta ninguna persona u objeto dentro de la zona definida; (c) La maniobra de reactivación para un nuevo arranque automático será un dispo sitivo eléctrico de seguridad. Se permiten elementos transmisores automaniobrados en diseños de un solo canal.
3 2 Composición y funcionam iento
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Maniobra (le inspección Las escaleras mecánicas o los andenes móviles estarán equipados con maniobras de inspección que permitan el funcionamiento durante los trabajos de mantenimiento o reparación, o la inspección por medio dispositivos de maniobra portátiles, de accionamiento manual. Con este fin, se dispondrá al menas una salida de inspección para conectar el cable flexible del aparato de maniobra portátil en cada rellano, por ejemplo en las estaciones de accionamiento y retomo en la estructura portante. La longitud del cable será al menos de 3.0 m. Se dispondrán salidas de inspección de manera que se pueda llegar con el cable a cualquier punto de la escalera mecánica o andén móvil. Los elementos de maniobra de este dispositivo de maniobra deberán estar pro tegidos contra accionamiento accidental. Se permite que la escalera mecánica o andén móvil funcione solamente en tanto los elementos de maniobra estén activa dos por aplicación permanente de presión manual Cada dispositivo de maniobra tendrá un interruptor de parada, que una vez accionado se mantendrá en posición de abierto. La dirección de marcha será claramente reconocible por la indicación del interruptor. Cuando se utilice este dispositivo de maniobra, todos los demás interruptores de arranque quedarán inoperantes. Todas las salidas de inspección se dispondrán de manera que, al conectar más de un dispositivo de maniobra, queden inoperantes o sea necesario accionar todas al mismo tiempo para que surta efecto. Los interruptores y circuitos de seguridad per manecerán sin efecto. 3 .2 .3 .3
Componentes de circuitos eléctricos de seguridad
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Contadores y contadores auxiliares Para detener la máquina, los contactores principales corresponderán a las siguientes categorías, definidas en la norma EN 60947-4-1:1992: (a) AC-3 para contactores de motores de corriente alterna (b) DC-3 para contactores de máquinas de corriente continua. Los contactores auxiliares (de relés) pertenecerán a las siguientes categorías, defini das en la norma EN 60947-5-1:1991: (a) AC-15 para contactores en circuitos de maniobra alimentados por corriente alterna; (b) DC-13 para contactores en circuitos de maniobra alimentados por corriente con tinua.
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Si los relés utilizados son tales que los contactos de apertura y cierre nunca se cie rran al mismo tiempo, en ninguna posición de la armadura, se permite no tener en cuenta la posibilidad de atracción parcial de la armadura. Protección de motores Los motores directamente conectados a la red se protegerán contra cortocircuitos. Se protegerán contra sobrecargas por medio de dispositivos automáticos de corte del circuito con reposición manual, que cortarán la alimentación del motor en todos sus conductores activos (ver EN 60947-4-1). Cuando la detección de sobrecargas funciona de acuerdo con el aumento de tem peratura en los devanados del motor, se permite que el automático del circuito se cierre automáticamente después de un enfriamiento suficiente. Cuando los motores de accionamiento del andén móvil o escalera mecánica reci ban alimentación de generadores de corriente continua accionados por motores, los motores de accionamiento del generador también se protegerán contra sobrecargas. Interruptor principal En las proximidades de la máquina o en los recintos de retorno, o en las proximida des de los dispositivos de maniobra, habrá un interruptor principal capaz de cortar el suministro del motor, del dispositivo de levantamiento del freno y del circuito de maniobra en los conductores activos. Este interruptor no cortará el suministro de las tomas de corriente o de los circui tos de alumbrado que sean necesarios con fines de inspección y mantenimiento. Cuando existan circuitos de alimentación separados para equipos auxiliares como calefacción, alumbrado de balaustradas y alumbrado de peines, será posible desconectarlos de manera independiente. Los interruptores correspondientes se situarán cerca del interruptor principal y se marcarán sin ambigüedades. Los interruptores principales definidos en el apartado titulado interruptor prin cipal se podrán bloquear o asegurar de algún otro modo en la posición de "aisla dos", utilizando un candado o equivalente, para impedir su accionamiento inadvertido por terceras personas (ver prEN 1037:1994). El mecanismo de control del interruptor principal será fácil y rápidamente accesible después de abrir las puertas o trampillas. Los interruptores principales podrán interrumpir la corriente más alta implicada en condiciones normales de servicio del andén móvil o escalera mecánica. Tendrán una capacidad de corte correspondiente a la categoría AC-3 definida en la norma F.N 60947-4-1:1992. Cuando en un solo recinto de maquinaria existan interruptores principales de varios andenes móviles o escaleras mecánicas, será posible identificar fácilmente a qué escalera mecánica o andén móvil se refieren.
3.2 Composición y funcionam iento
349
Cableado eléctrico Los cables se elegirán de entre los normalizados por CENELEC y serán de calidad al menos equivalente a la definida por los documentos CENELEC HD 21 y HD 22. Los cables rígidos, como los que cumplen la parte 2 del documento CENELEC HD 21.4 S2, sólo se permiten en montajes visibles fijos a las paredes, o en conductos, canalizaciones o medios similares. Los cables flexibles ordinarios, como los que cumplen la parte 3 (H05RR-F) del documento CENELEC HD 22.4 S2 y parte 5 (H05W -F) del documento CENELEC HD 21.5 S2 sólo están permitidos en conductos, canalizaciones o medios similares que aseguren una protección equivalente. Los cables flexibles con camisa reforzada, como los que cumplen la parte 5 del documento CENELEC HD 22.4 S2, sólo están permitidos con montaje rígido en las condiciones definidas en 13.5.1.2 y para la conexión a un aparato móvil, o si están sujetos a vibraciones. Sección de los conductores La sección nominal de los conductores de los circuitos eléctricos de seguridad no será inferior a 0.75 mm2. Si, una vez abierto(s) el interruptor (o los interruptores) del andén móvil o esca lera mecánica, algunas bomas de conexión siguen activas, se separarán claramente de las bornas inactivas; si la tensión supera los 50 V, se marcarán adecuadamente. Con el fin de garantizar la continuidad de la protección mecánica, las envolturas protectoras de los cables deberán penetrar en las cajas de los interruptores y apara tos, o tendrán manguitos apropiados en sus extremos. Si el mismo conducto o cable contiene conductores, cuyos circuitos tienen dife rentes tensiones, todos los cables tendrán el aislante especificado para la tensión más alta. Conecfores Los conectores y dispositivos del tipo enchufable que estén dentro de circuitos de seguridad y que se puedan extraer sin utilizar herramientas, se diseñarán de tal manera que sea imposible reinsertarlos incorrectamente. Tomas de corriente El suministro de las tomas de corriente será independiente del suministro de la máquina y será posible cortar el suministro de todos los polos por medio de un inte rruptor separado.
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Las lomas de corriente serán: (a) del tipo 2 P*-T (2 polos+conductor de tierra), 250 V, directamente alimentado por la red; (b) de un tipo alimentado con una tensión de seguridad extra-baja, de conformidad con el documento CENELEC HD 3S4.4.41 SI, subclaúsula 411. Bornas de conexión Se separarán claramente las bomas de conexión, cuya interconexión accidental pueda producir un peligroso fallo de funcionamiento de la escalera mecánica o andén móvil.
Protección contra defectos eléctricos Cualquiera de los defectos existentes en el equipo eléctrico de la escalera mecánica o andén móvil señalados a continuación no serán por sí mismos causa de funciona miento peligroso de la escalera mecánica o andén móvil. Defectos considerados (a) ausencia de tensión; (b) caída de tensión; (c) pérdida de continuidad de un conductor (d) defecto de aislamiento con relación a masa o tierra de un circuito; (e) cortocircuito o interrupción de un circuito, cambio de valor o función en un com ponente eléctrico, como una resistencia, un condensador, un transistor, una lámpara, etc.; (0 no separación de la armadura móvil de un contactor o relé; (g) no apertura de un contacto; (h) no cierre de contacto. No es necesario considerar la posibilidad de que o se abra un contacto en el caso de contactos de seguridad conforme a lo indicado en el apartado contactos de segu ridad El defecto del aislamiento, con respecto a masa o tierra, de un circuito en el que exista un dispositivo eléctrico de seguridad, provocará la parada inmediata de la máquina de tracción. Sólo las personas autorizadas podrán volver a poner la máquina en servicio.
3.2 Composición y funcionam iento
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Dispositivos eléctricos de seguridad El funcionamiento de un dispositivo eléctrico de seguridad en cualquiera de los casos descritos en el apartado de parada automática de emergencia, evitará que arranque la máquina de tracción o provocará la parada inmediata de la misma. Los dispositivos eléctricos de seguridad constarán de: (a) uno o más contactos de seguridad conforme a lo indicado en el apartado contac tos de seguridad, que desconecten directamente el suministro de los co n tactores o de sus contactores auxiliares; (b) o circuitos de seguridad conforme a lo indicado en el apartado circuitos de segu ridad, consistentes en: - uno o más contactos de seguridad conforme a lo indicado en el apartado contactos de seguridad que no desconecten directamente el suministro de los contactores o de sus contadores auxiliares; - o contactos no conformes a lo indicado en el apartado contactos de seguri dad; - u otros componentes conformes con los requisitos del Anexo A (norma tivo). Ningún equipo eléctrico se conectará en paralelo con dispositivos de seguridad eléctricos. Los efectos de la ¡nductancia o capacidad interna o externa no provoca rán defectos de circuitos eléctricos de seguridad. Una señal de salida que emane de un circuito eléctrico de seguridad, no deberá ser alterada por una señal parásita que provenga de otro dispositivo eléctrico situado después en el mismo circuito, que pueda causar una condición de peligro. En circuitos de seguridad que comprendan dos o más canales paralelos, toda información distinta de la necesaria para el funcionamiento del circuito de seguri dad, se tomará de un sojo canal. Los circuitos que registran o retardan llamadas no evitarán o retardarán inten cionadamente, ni siquiera en caso de fallo, la parada de la máquina de tracción por el funcionamiento de un dispositivo eléctrico de seguridad. La constitución y disposición de las unidades internas de alimentación será tal que evite la aparición de falsas señales en las salidas de los dispositivos eléctricos de seguridad, debidas a los efectos de la conmutación. En particular, los picos de tensión derivados del funcionamiento de la escalera mecánica o andén móvil u otros equipos en la red, no crearán perturbaciones inadmisibles en componentes eléctricos (inmunidad al ruido).
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Contactos d e seguridad Un contacto de seguridad debe funcionar por separación mecánica positiva de los automáticos de corte de circuito. Esta separación mecánica positiva se producirá incluso aunque los contactos estén soldados unos a otros. La separación mecánica positiva se consigue cuando todos los elementos de apertura del contacto pasan a la posición de apertura, de manera que, durante una parte significativa de la carrera, no exista ningún elemento elástico (por ejemplo, muelles) entre los contactos móviles y la parte del accionador sobre la que se aplica la fuerza de accionamiento. El concepto de diseño minimizará el riesgo de cortocircuito resultante de un componente defectuoso. Se dispondrán contactos de seguridad para una tensión de aislamiento nominal de 250 V si el recubrimiento ofrece un grado de protección de al menos IP 4X (de conformidad con EN 60529;1991), o 500 V si el grado de protección del recubri miento es inferior a IP 4X. Los contactos de seguridad pertenecerán a las siguientes categorías, definidas en la norma EN 60947-5-1:1991: (a) AC-15 para contactos de seguridad en circuitos de corriente alterna; (b) DC-13 para contactos de seguridad en circuitos de corriente directa. Si la coraza protectora no es al menos del tipo IP 4X, las distancias en el aire serán al menos de 3 mm, y las líneas de fuga de al menos 4 mm. Las distancias de los contactos de rotura serán al menos de 4 mm después de la separación. En el caso de ruptura múltiple, las distancias individuales de los contactos de apertura serán al menos de 2 mm, después de la separación. Los residuos de mate rial conductivo no producirán cortocircuitos en los contactos. Circuitos de seguridad Ninguno de los defectos previstos en el apartado de protección contra defectos eléc tricos será por sí mismo causa de una situación peligrosa. Además, se aplican las siguientes condiciones a los defectos previstos en el apartado de protección contra defectos eléctricos: Si un defecto combinado con un segundo defecto puede producir una situación peligrosa, el andén móvil o escalera mecánica se detendrá en el momento en el que tenga lugar la siguiente secuencia de operación, en la que deba participar el ele mento defectuoso. No se tiene en consideración la posibilidad de que el segundo defecto produzca una situación peligrosa antes de que el andén móvil o escalera mecánica haya sido detenido por la secuencia mencionada.
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3.2 Composición y funcionamiento
353
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Si el fallo de funcionamiento del componente que ha causado el primer defecto no se puede detectar por un cambio de estado, se tomarán medidas apropiadas para garantizar que el defecto sea defectado y que el movimiento sea imposible hasta un nuevo arranque del andón móvil o escalera mecánica. El MTBF (Tiempo Medido Entre Fallos) del circuito de seguridad será al menos de 2.5 años. Este tiempo ha sido determinado en el supuesto de que, en un periodo de tres meses, se produce al menos un nuevo arranque en cada escalera mecánica o andén móvil, y por lo tanto, está sujeto a un cambio de estado. Si dos fallos, combinados con un tercer fallo, pueden provocar una situación peligrosa, la escalera mecánica o andén móvil se detendrá en el momento en que tenga lugar la siguiente secuencia de operación en la que deba participar uno de los elementos defectuosos. No se tiene en consideración la posibilidad de que el tercer fallo provoque una situación peligrosa antes de que la secuencia mencionada haya detenido el andén móvil o escalera mecánica.
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Se puede descartar una combinación de más de tres fallos, si (a) el circuito de seguridad se compone al menos de dos canales, su equivalencia de estado es controlada por un circuito de maniobra. El circuito de maniobra será verificado antes de un nuevo arranque del andén móvil o escalera mecánica; o
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(b) el circuito de seguridad se compone de al menos tres canales, su equivalencia de estado es controlada por un circuito de maniobra.
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Si no se cumplen los requisitos de a) o b), no se permite interrumpir el análisis de fallos. Funcionamiento d e los dispositivos eléctricos de seguridad
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Una vez accionado, un dispositivo eléctrico de seguridad impide que la máquina de tracción se ponga en movimiento o inicia inmediatamente su detención. Se aplica el freno de servicio.
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I.os dispositivos eléctricos de seguridad actuarán directamente sobre el equipo que controla la alimentación de la máquina de tracción.
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Si, debido a la energía a transmitir, se utilizan contactores auxiliares para controlar la máquina de tracción, se considerarán éstos como equipos que controlan direclamente la alimentación de la máquina de tracción al arrancar y al parar.
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Control de los dispositivos eléctricos d e seguridad Se elegirán y montarán los componentes que controlan los dispositivos eléctricos de seguridad de forma que puedan funcionar correctamente incluso bajo las tensiones mecánicas resultantes de un funcionamiento continuado.
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
En el caso de circuitos de seguridad redundantes, se garantizará, mediante dis posiciones mecánicas o geométricas de los elementos transmisores, que un defecto mecánico no pueda causar una pérdida de redundancia inadvertida. Los elementos transmisores de los circuitos de seguridad soportarán los requisi tos de: A.6.1 de prEN 60068-2-6:1994 Resistencia por barrido: Tabla C2 : (a) 20 ciclos de barrido en cada eje (b) a una amplitud de 0.35 mm o 5 gn y en la gama de frecuencias de 10 Hz a 55 Hz y también de 4.1 de EN 60068-2-27:1993: Aceleración y duración de la pulsación: Tabla 1: la combinación de (a) pico de aceleración 294 m/s2 o 30 gn (b) duración correspondiente de la pulsación 11 ms, y cambio de velocidad correspondiente 2.1 m/s semisinusoidal Nota: cuando se utilicen amortiguadores en los elementos transmisores, se considerarán parte integrante de los elementos transmisores.
3 .3
Carteles y señales
Todos los carteles, inscripciones e instrucciones de uso se realizarán con materiales duraderos, se colocarán en una posición visible y se escribirán en caracteres clara mente legibles en el idioma del país en el que esté funcionando el andén móvil o la escalera mecánica, y ¡o se utilizarán pictogramas (ver Figura 3.30). Instrucciones cerca de las entradas a las escaleras m ecánicas o andenes m óviles Se colocarán en las proximidades las siguientes instrucciones para el usuario: (a) "Los niños pequeños deberán ir bien cogidos de la mano";
(b) "Los perros deberán ir en brazos"; (c) "Manténganse mirando hacia la dirección de marcha, con los pies separados de los costados";
(d) "Sujétense al pasamanos".
3 3 Carteles y señales
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Figura 3.30 Pictogramas a colocaren una escalera mecánica o andén móvil (Norma EN-115)
Capítulo 3
356
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Posiblemente serán necesarios avisos adicionales cuando así lo exijan las condicio nes locales, como p.ej. "Utilice sólo calzado permitido", "No se permite transportar cargas pesadas y voluminosas", "No se permite transportar carritos de niño". Siempre que sea posible, estos avisos tomarán la forma de pictogramas, que ten drán unas dimensiones mínimas de 80 mm x 80 mm. Se utilizarán pictogramas según define esta norma.I Los dispositivos de parada de emergencia serán de color rojo y estarán marcados con la inscripción "STOP' en el propio dispositivo o en sus proximidades inmediatas. Durante trabajos de mantenimiento, reparación, inspección o similares, se impe dirá al usuario el acceso a la escalera mecánica o andén móvil, utilizando dispositi vos adecuados que llevarán el aviso: "Paso Prohibido", o la señal válida de tráfico de carreteras: "Dirección Prohibida", y estarán disponibles en las proximidades. Instrucciones para utilizar dispositivos de maniobra manual Si existe un dispositivo de maniobra manual, las instrucciones de uso correspon dientes estarán disponibles en las proximidades y se indicará claramente la direc ción de marcha de la escalera mecánica o andén móvil. Carteles en las puertas de acceso a cuartos de máquinas, recintos de acciona miento y retorno En las puertas de acceso a cuartos de máquinas, estaciones de accionamiento y retomo, se colocará un cartel con la inscripción: "Cuarto de máquinas - peligro, acceso prohibido a personas no autorizadas" Identificación de escaleras m ecánicas y andenes m óviles Al menos en un rellano, y de forma visible desde el exterior, se indicarán los siguientes datos: - nombre y dirección del fabricante; - año de construcción; - denominación de serie o tipo; - número de serie, si existe. Carteles especiales para escaleras mecánicas y andenes móviles que arranquen automáticamente En el caso de escaleras mecánicas o andenes móviles que arranquen automática mente, se instalará un sistema de señalización claramente visible, p.ej. se colocarán señales de tráfico en carretera para indicar al usuario si la escalera mecánica o andén móvil está disponible para ser utilizada, y su dirección de marcha.
3.4 Instrucciones de uso
3 .4
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Instrucciones de uso
(pruebas e inspecciones; registro; puesta en servicio; mantenimiento y reparación) Pruebas e inspecciones El manual de instrucciones redactado por el fabricante o su representante autori zado establecido en la Comunidad deberá hacer especial hincapié en las siguientes medidas. Durante los trabajos de mantenimiento o reparación o inspección y pruebas, se deberán tomar precauciones que eviten que los andenes móviles y escaleras mecá nicas no se puedan poner en movimiento sin el conocimiento y consentimiento de la persona que realice dicho trabajo. Inspección y pruebas Las escaleras mecánicas y los andenes móviles deberán ser inspeccionados antes de ser utilizados por primera vez, después de modificaciones importantes y a interva los regulares. Dichas inspecciones y pruebas deberán ser efectuadas por una persona compe tente o representativa de una organización acreditada por la autoridad pública. Primera inspección y prueba Para verificar el cumplimiento con los requisitos de esta norma, será suficiente la siguiente documentación: Datos de cálculo: (a) análisis de tensiones estáticas de la estructura portante de la escalera mecánica o andén móvil o certificado equivalente por parte de un analista de tensiones está ticas; (b) prueba mediante cálculo de suficiente resistencia a la rotura de las piezas de accionamiento directo de los escalones, placas o la banda, por ejemplo, cadenas, cremalleras; (c) cálculo de las distancias de frenado para andenes móviles cargados junto con datos de ajuste; (d) prueba de escalones o placas; (e) prueba de la resistencia a la rotura de la banda; (0 para escaleras mecánicas y andenes móviles destinados a servicio público: certi ficado de la resistencia a la rotura del pasamanos. Planos de disposición, descripción de los equipos y esquema de conexiones (esquema del circuito de alimentación con leyenda de explicaciones y un esquema
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
de conexiones de bomas), que permitan verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad especificados en esta norma. Inspección de la instalación c inspección d e aceptación La inspección de la instalación y prueba de aceptación deberán realizarse en la obra al terminar la escalera mecánica o el andén móvil. La inspección de la instalación comprende el examen de conformidad de la ins talación terminada con los datos requeridos y con relación a una mano de obra ade cuada, como especifica esta norma. (a) La inspección y prueba de aceptación comprende: (b) inspección visual general; (c) prueba funcional; (d) prueba de eficacia de los dispositivos de seguridad; (e) prueba de cumplimiento de las distancias de parada prescritas por parte de los frenos de la escalera mecánica o andén móvil sin carga. También es necesario un examen de ajuste de freno conforme al cálculo requerido. Además, en las escaleras mecánicas se requiere una paieba de las distancias de frenado con carga de frenado, a menos que se puedan comprobar las distan cias de frenado por otros métodos. (0 medición de la resistencia del aislamiento de los diferentes circuitos entre con ductores y tierra. Para realizar esta medición, se desconectarán los componentes electrónicos. Prueba de la continuidad eléctrica de la conexión entre las bomas de tierra de la estación de accionamiento y las diferentes partes de la escalera mecánica o andén móvil susceptible de quedar bajo tensión eléctrica accidentalmente. Inspección y prueba d e m odificaciones importantes Una modificación importante es un cambio de la velocidad, de los dispositivos de seguridad, del sistema de frenado, de la máquina de tracción, de la maniobra, de la banda de escalones. Los principios establecidos para la inspección de la instalación y la inspección y prueba de aceptación regirán en todo lo que sea aplicable. La sustitución de piezas por otras del mismo diseño no se considera una modifi cación importante. Inspección y verificación periódica La inspección y verificación periódica deberá determinar si la escalera mecánica o andén móvil funciona de manera segura y deberá afectar a: (a) los dispositivos de seguridad, en relación con su funcionamiento efectivo;
3.4 Instrucciones de uso
359
(b) los frenos; (c) los elementos de accionamiento para detectar los signos visibles de desgaste y tensión insuficiente de las bandas y cadenas; (d) los escalones, placas o la banda para detectar defectos, confirmar su buen des plazamiento y adecuado guiado; (e) las dimensiones y toleradas específicas en esta norma; (f) los peines, su correcto estado y ajuste; (g) los paneles interiores de la balaustrada y las faldillas; (h) los pasamanos; (») una prueba de la continuidad eléctrica de la conexión entre las bomas de tierra de la estación de accionamiento y las diferentes partes de la escalera mecánica o andén móvil que pueden quedar bajo tensión eléctrica accidentalmente.
Registro Los datos técnicos de la escalera mecánica o andén móvil deberán consignarse en un registro o expediente, iniciado en el momento de la puesta en servido de la esca lera mecánica o andén móvil. Este registro o expediente deberá mantenerse actuali zado y comprender (a) una sección técnica que indique la fecha de puesta en servicio de la escaleramecánica o andén móvil, las características de la escalera mecánica o andén móvil, sus modificaciones o alteraciones. Se adjuntarán planos de disposición y esquemas de conexiones. (b) una sección que contenga informes fechados de las inspecciones y pruebas con observaciones, así como registros de accidentes. Este registro o expediente deberá estar disponible para las personas a cargo del mantenimiento y para la persona u organización que realice las inspecciones perió dicas (la autoridad nacional puede indicar, con respecto a sus normas, quién es el responsable del registro). Puesta en servicio, mantenimiento y conservación El fabricante deberá dar ins trucciones para la puesta en servido, el mantenimiento y la conservación. Las escaleras mecánicas y los andenes móviles deberán someterse a trabajos de mantenimiento regulares, efectuados por personal competente. NOTA: En el momento de la publicación de esta norma, el CEN/TC 1 ONVG S está preparando una norma que ofrece asesoramiento detallado para las operacio nes de mantenimiento y reparación.
Capítulo 3
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Escaleras mecánicas y andenes móviles
Anexo A (normativa) Circuitos d e seguridad - com ponentes, diseño y pruebas A.l Alcance La cláusula titulada protección contra defectos eléctricos prevé varios defectos del equipo eléctrico de la escalera mecánica y/o andén móvil. Durante el análisis de fallos, se pueden excluir algunos defectos bajo ciertas con diciones. Este anexo describe estas condiciones y da los requisitos relativos a cómo cum plirlas. A.2 Exclusión de fallos: condiciones La Tabla A.l muestra una lista de los componentes principales y más habitualmente utilizados en la actual tecnología electrónica. Los componentes han sido agrupados por "familias": - componentes pasivos
1
- semiconductores
2
- varios
3
- circuitos impresos montados
4
varios fallos identificados: - interrupción
1
- cortocircuito
U
- cambio a un valor más alto
III
- cambio a un valor más bajo
IV
- cambio de función
V
- la posibilidad y las condiciones de exclusión de fallos: "La primera condición a cumplir en la exclusión de fallos es que los componentes siempre se deben utilizar dentro de los limites de su propio caso peor, incluso en las peores condiciones especificadas por las normas, en el campo de temperatura, humedad, tensión eléctrica y vibraciones". - algunas observaciones. A.3 Orientaciones de Diseño Recomendaciones para evitar situaciones de riesgo, en casos en que se recoge infor mación de la cadena de seguridad con fines de maniobra, control remoto, control de alarmas, etc.
3.4 Instrucciones de uso
361
El riesgo viene de la posibilidad de puenteado de uno o varios contactos de seguridad por interrupción local del cable común (tierra) en combinación con uno o varios fallos. • Diseñar la placa y los circuitos con distancias conforme a las especificaciones 3.1 y 3.6 de la Tabla A.l. • Organizar el cable común de forma que el cable común de maniobra del andén móvil o escalera mecánica quede detrás de los componentes electróni cos. Cualquier rotura causará un fallo de accionamiento de la maniobra (existe riesgo de que se produzcan cambios en el cableado durante la vida en servicio del andén móvil o escalera mecánica). • Calcular siempre el peor caso (qué pasa si....; es la corriente originada por todas las combinaciones de fallos lo suficientemente alta para mantener los contactores activados...). • Utilizar siempre resistencias externas (fuera del elemento) como dispositivos protectores de los elementos de entrada; la resistencia interna del dispositivo no se deberá considerar como segura. • Utilizar sólo componentes conforme a las especificaciones enumeradas. • Debe considerarse la tensión regresiva procedente de los componentes elec trónicos. Utilizar circuitos galvánicamente separados puede resolver proble mas en algunos casos. • Las instalaciones eléctricas deberán ser conformes con CENELEC HD 384.5.54 SI. • No se puede evitar el cálculo del caso peor, cualquiera que sea el diseño. Si se realizan modificaciones o añadidos después de la instalación de la escalera mecánica o andén móvil, deberá realizarse de nuevo el cálculo del caso peor, en relación con los equipos nuevos y existentes. • Se pueden aceptar algunas exclusiones de fallos, conforme a la Tabla A.l. ■ No es necesario tomar en consideración los fallos externos al entorno de la escalera mecánica o andén móviL • "Se puede excluir una Interrupción de la masa desde la red principal del edi ficio hasta la barra colectora de masa de la maniobra, siempre que la instala ción haya sido efectuada de conformidad con CENELEC HD 384.5.54 SI".
A.4 Pruebas Para circuitos impresos, es necesario realizar pruebas de laboratorio porque las comprobaciones prácticas en obra, realizadas por inspectores, resultan muy difí ciles.
362
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
A-4.1 Pruebas mecánicas Durante las pruebas, el objeto verificado (circuito Impreso) se mantiene en funcio namiento. Durante y después de la prueba, no aparecerá ningún funcionamiento ni condición de falta de seguridad dentro del circuito de seguridad. A.4.1.1 Vibraciones • Las pruebas de vibración se efectúan de acuerdo con los requisitos descritos en el apartado de control de los dispositivos de seguridad • Después de las pruebas, las líneas de fuga y las distancias de separación no serán menores que el mínimo aceptado. A.4.1.2 Choques (ver EN 60068-227) El objeto de las pruebas de choque es simular los casos en los que los circuitos Impresos se caen, introduciendo el riesgo de rotura de componentes y una situación de falta de seguridad. Las pruebas están divididas en choques parciales y choques continuos. Durante las pruebas, no es necesario que el circuito esté en funcionamiento. Choques: El objeto de pruebas satisfará los siguientes requisitos mínimos: (1) Formas de choque semisinusoidales (2) Amplitud de aceleración 15 g (3) Duración del choque 11 ms Choques continuos: El Objeto de pruebas satisfará los siguientes requisitos mínimos: (1) Amplitud de aceleración 10 g (2) Duración del choque 16 ms Número de choques 1000 ± 10 Frecuencia de choque 2/s A.4.2 Pruebas de tensión climática A.4.2.1 Pruebas de temperatura • Límites de la temperatura ambiente de servicio: 0°C, + 65°C (la temperatura ambiente es la del dispositivo de seguridad) • Condiciones de prueba:
3.4 Instrucciones de uso
363
• El dispositivo debe estar en posición de funcionamiento. • El dispositivo debe alimentarse con la tensión nominal normal. • El dispositivo de seguridad debe funcionar durante y después de la prueba. Si el circuito Impreso incluye componentes distintos de los circuitos de segu ridad, también deberán funcionar durante la prueba (sin tomar su fallo en consideración). • Las pruebas se realizarán con una temperatura mínima y máxima (CTC, +65°C); las pruebas duraran un mínimo de 4 horas. • Si el dispositivo esta diseñado para funcionar dentro de limites de tempera tura más amplios, deberá comprobarse para estos valores.
A4.2.2 Pruebas de humedad Las pniebas de humedad no son necesarias para los circuitos de seguridad, ya que el grado de suciedad de escaleras mecánicas y andenes móviles se supone conforme a IEC 665:1980, clase 3, y esta norma especifica las distancias de separación y líneas de fuga relativas.
A4.3 Perturbaciones electromagnéticas Posteriormente se publicaran condiciones de pruebas detalladas, basadas en las conclusiones de los trabajos de CENELEC/TC 110. A nexo D (inform ativo)
Recomendaciones adicionales para escaleras mecánicas y andenes móviles destina dos a servicio público. D.l para 10.1.3: A velocidades nominales superiores a 0.65 m/s, se recomienda que, en las escaleras mecánicas destinadas a servicio público, se guíen los escalones de manera que los bordes delanteros de los escalones que salen del peine y los bor des traseros de los escalones que entren en el peine, se muevan horizontalmente una longitud mínima de 1.60 m, medida desde el punto L (ver Figuras 3.6 a 3.8). D2 para 10.1.4: A velocidades nominales superiores a 0.65 m/s, se recomienda que, en las escaleras mecánicas destinadas a servicio público, se aumente el radio mínimo de curvatura en la transición superior de pendiente a horizontal escalera hasta 2.60 m, y en la transición inferior de pendiente a horizontal hasta 2.00 m. D.3 para 12.6.1: En escaleras mecánicas y andenes móviles destinados a servido público, se recomienda instalar frenos auxiliares para desniveles inferiores a 6 m.
364
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
V...
.T a l. l a A - 1
C o m p o n e n te
F a llo
;
■■
C o n d ic io n e s p a r a la e x c lu s ió n
e x c lu id o
11
III
IV (1)
.
d e fa llo s -
O b s e r v a c io n e s
1
'
■
V (l)Sólo para resistencias por película, con película de resistencia barnizadas o sellada y conexión axial conforme a las normas IEC aplicables, y para resistores de hilo bobinado solamente si están hechos de una sola capa de bobinado protegida por esmalte o sellada.
1.1. Resistencia fija
NO
(1)
NO
1.2 Resistencia variable
NO
NO
NO
NO
-
13.1 NTC
NO
NO
NO
NO
-
13.2 PTC
NO
NO
NO
NO
-
1 3 3 VDR
NO
NO
NO
NO
-
1 3 .4 1DR
NO
NO
NO
NO
-
1.4 Condensador
NO
NO
NO
NO
-
1 3 Componentes inductivos:
NO
NO
1.3 Resistencia no linea]
NO
- Bobina -Autoinducción 2 . S e m ic o n d u c to r e s
•* T JSÍÍ. V «o. j'i i L r .... ¡7,
2.1. Diodo LED
NO
NO
22 Diodo ZENER
NO
NO
2 3 Tristor, Triac, GTO
NO
NO
2.4 Optoacoplador
NO
No
.
j■
i.
NO
Cambio de función se refiere a un cambio en el valor de corriente inversa
NO
NO
Cambio de valor a valor inferior, se refiere a un cambio de la tensión Zener. Cambio de fundón se refiere a un cambio en el valor de corriente inversa.
■
NO
Cambio de función se refiere al autoaccionamiento o enganche de componentes.
NO
(1) "1" quiere decir interrupción de uno de los dos componentes básicos (LED y fototransistor), pero "IT significa cortocircuito entre ellos.
-
■
. ■ ■
3.4 Instrucciones de uso
365
‘J
Componente '
Condiciones para la exclusión de fallosObservaciones
.v~?y^^:r*Z ■
r.
Se pueden excluir a condición de que estén en línea con IEC 747-5 y que la tensión de aislamiento sea al menos conforme a la tabla siguiente, tomada de IEC 664-1:1992. Tabla 1. Tensión fase-a-tierra derivada de la tensión nominal del sistema hasta e incluyendo V nnvs. y d.c.50
'■ )
r ) V ) ‘ )
100 150
300 600
1000
Serie preferida de resistencia contra sobrevoltajes, en voltios de instalación
t
(Categoría III) 800
fv J 1500 2500 4000 6000 sono
2.5 Circuitos híbridos
NO
2.6 Circuitos integrados
NO
NO
NO
NO
NO
O NO
NO
NO
NO
Cambio en función de la oscilación puertas ''and" ("y"), convertidas en puertas "or" ("o"), etc.
u
3. Varios
_____ >íii 3.1 Conectores Bomas Enchufes
NO
(1)
(1) Si la protección del conectar no es mejor que IP4X, se pueden excluir los cortocircuitos de conectores si los valores mínimos son al menos: - 4 mm para líneas de fuga - 3 mm para separaciones Estos son los valores mínimos absolutos que se pueden encontrar en la unidad conectada, no valores teóricos ni dimensiones medias.
o o (
366
Capítulo 3
Componcnte
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Condiciones para la exclusión de falfosObservaciones
Fallo excluido
Si la protección del conector es mejor que IP4X (de acuerdo con EN 60529:1991), la linea de fuga se podrá reducir a 3 mm. 3.2 Bombilla de neón
NO
NO
-
-
3 3 Transformador
NO
(1)
(2)
(2)
-
(1) Cortocircuitos incluye el cortocircuito o secundarios, o entre bobinas primarias y secundarias. (2) Cambio de valor se refiere a un cambio de relación por circuito parcial en un arrollamiento. (1) (2) Se pueden excluir a condición de que la tensión de aislamiento entre los arrollamientos y el núcleo sea conforme a EN 60742:1989,17.2 y 173. La tensión de trabajo es la tensión más alta posible de la Tabla 6 entre corriente y tierra.
3.4 Fusible
3 5 Reté
NO
(1)
(1) Se pueden excluir si el fusible está correctamente diseñado, y construido conforme a EN 60269*1. "11” significa cortocircuito del fusible fundido.
(1)
(1) Se pueden excluir cortocircuitos!, y entre contactos y bobina, si el relé cumple los requisitos de 133.23 (14.1.2.23).
(2)
(2) No se puede excluir la soldadura de contactos. Sin embargo, si el relé se ha construido para que disponga de contactos interenclavados, forzados mecánicamente, y fabricado conforme a EN 60947-5-1, se aplican los supuestos de 13.2.13.
3.4 Instrucciones de uso
'•¿i'*£* 7?i*L > -~*pyxr1jr^
s H¡
■ Componente ■ >:•>'.,‘'*‘rV> •
3.6 Circuito impreso
367
--
*....Fallo --.r, •: exele ido
;v ;
r
i
ll
NO
0)
• r.'f -> v -. -t*. . III
IV
í6 | @
•
Condiciones para la exclusión de fallos•; Observaciones
V Las especificaciones generales de arcuitos impresos son conformes a IEC 326.1. El material base debe ser conforme a lo especificado por IEC 249-2 y/o IEC 249-3. (1)S e l circuito impreso se ha construido conforme a los requisitos atados, y la proteodón no es mejor que IP4X, se puede excluir el cortocircuito, si los valores mínimos son, al menos: - 4 mm para líneas de fuga * 3 mm pora separadones Estos son los valores mínimos absolutos que se pueden encontrar en la unidad conectada, no valores teóricos ni dimensiones medias. Si Li protección del conector es mejor que IP4X o el material en cuestión es de mayor calidad, las líneas de fuga se pueden reducir a 3 mm.
4. Montajes de • componentes en el circuito impreso
NO
(i)
(1) Se puede excluir el cortocircuito en las circunstandas en las que se pueden excluir el propio componente, estando éste montado de manera que las líneas de fuga y las separadones no disminuyan por debajo de los valores mínimos aceptables indicados en 3.1 y 3.6 no por técnica de montaje, ni por el propio drcuito impreso.
3 5 Relé
NO
0) (2)
(1) Se pueden exduir cortodrcuitos, y entre contactos y bobina, si el relé cumple los requisitos de 132.23 (14.1.22.2).
368
Capítulo 3
Tabla A-1 (conclusión)
i . : %
Condiciones para la exclusión de fallos* Observaciones
Fallo excluido
Componente
3 5 Relé
Escaleras mecánicas y andenes móviles
I
n
NO
(i) (2)
ni
IV
V (1)Se pueden excluir cortocircuitos, y entre contactos y bobina, si el relé cumple los requisitos de 1 3.223 (14.1.2.22). (2) No se puede excluir la soldadura de contactos. Sin embargo, si el relé se ha construido para que disponga de contactos interen clavados, forzados mecánicamente, y fabricado conforme a EN 60947-5-1, se aplican los supuestos de 13.213.
1 = Interrupción/II = Cortocircuito/III =Cambio a un valor superior/IV inferior/V =Cambio de fundón
=Cambio a un valor
Ejercicio 3.1 Enunciado Dimensionar la escalera mecánica según los datos siguientes. Sea una transmisión por cadena doble cordón en una instalación que acciona una escalera mecánica para su instalación en una planta de unos grandes almace nes la cual está impulsada por un motor trifásico de 4 polos que gira a 1500 r.p.m. en la cual la maquinaría impulsada sufre choques moderados. La reducción del reductor es de 1.15. La lubricación de la cadena será por baño. El número de dien tes de la rueda impulsora es 21 y de la impulsada es 53. El paso de la cadena es de 13 mm. La distancia entre la entrada y salida de la escalera en proyección horizontal es 13.1 metros. La inclinación de la escalera es 35°.
Solución Distancia entre centros de catalinas: D = 13.1 eos 35° = 16 metros. Por lo tanto la dis tancia entre ejes de rueda y piñón es 16 metros.
V ( 369
f
Tenemos una rueda conductora (piñón) de 21 dientes y una rueda conducida (corona) de 53 y un paso de la cadena de 13 mm.
1
3.4 Instrucciones de uso
Para el cálculo de la constante k se utiliza la fórmula siguiente:
í: ( en este caso C. (Z , + Z Le = 2 x C + ( - £-^—^ jx p + ^ x p 2 = = 2 X 16 + ( ^ 4 ^ )
X
0.013 +
( x 0.0132 = 32.482 m
r r
Para calcular los diámetros de las ruedas:
1 c
d„ = r sen(180/Zr) p = paso de la cadena; y = ángulo de paso dr = diámetro de paso de la rueda ángulo de paso y (y - 360°/Zr)
df = sen(180/Zf) = sen(180/53) = 21944
dP = sen(180/Zp) = sen(180/21) = 8/ 22 mm Como el número de dientes del piñón está relacionado con el paso, con la siguiente expresión, comprobamos el diámetro primitivo del piñón: d PK , P zp 1321 c, q z_ = — => d = — t- = ----- = 86.8 mm P p P iz n y el diámetro primitivo de la rueda:
7 dr* , P Zr 1353 01Q. Zr = — =* dr = ---- = ------- = 219.3 mm r p r Jl 7t
Capítulo 3
370
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Para el cálculo de la velocidad lineal de la cadena se utiliza la siguiente expresión: V ^ = pZEn£ 60 60 donde: dp = diámetro primitivo del piñón (m) np = r.p.m. v = velocidad lineal de la cadena (m/s) p = paso de la cadena en (m) Zp = número de dientes de la catalina por ello la velocidad lineal de la cadena será: d n rc V =
« T
0,0868 nnR ---------- 6 0 “ ^
= O O M Snp m ' s
donde np es la velocidad en r.p.m. del eje accionado por el reductor. Para ello vamos a calcular el sistema reductor desde el motor hasta el eje que acciona el piñón. Sea el esquema de la Figura siguiente con los datos siguientes: El motor de cuatro polos tiene una velocidad de 1500 r.p.m. y la relación de transformación que da el reductor es de 1:15, por lo tanto la velocidad a la salida del reductor es de: nM
1 ■ ~r ~
nM
nP = T
1500 “ T T
____ = 1 0 0 r ', m
De esta manera ya podemos calcular la velocidad lineal de la cadena:
V p 11 0,0868 100 n „ « _ V= 60 ------------60----- = °-45m/s La relación de velocidad de las ruedas unidas por cadenas depende del número de dientes en las catalinas: Zf _ n^ 2P
nr
donde: Zj = número de dientes de la rueda conducida Zp = número de dientes del piñón conductor nr = velocidad de la catalina conducida
r « S ¡*¡^ ¿ ■ * •** Ü 3 ¡j r A i< W to > WtW
3.4 Instrucciones de uso
371
np = velocidad de la catalina conductora. de esta manera podemos calcular la velocidad de la rueda
h-n .
- = ^ = > nr = n r Z zP »,
P
= |h(X) = 39.6 r.p.m 53 r
La potencia necesaria se calcula con:
con Fu en daN y v en m/s r k 2000 138.69 2000 F“ = — = 86,8 = 3 '9 5 “ daN
ÜVU . I ..I
mmm m
75
1 v" V’
'• ■-■■',
■ C-b
V _ 3195.620.45 75 " 75 '
Corrección de la potencia Según la tabla que contiene el factor de corrección para factores de servicio (Tabla 3.8) para cargas, obtenemos el valor de dicho factor: C3 = 1.3 Según la tabla que contiene el factor de corrección para cadenas de cordones múlti ples (Tabla 3.6), obtenemos el valor de dicho factor c2 =1.7 Como el número de dientes de la rueda conductora es diferente de 17, aplicamos el factor de corrección de número de dientes q (Tabla 3.5), cuyo valor es: Cj = 1.26 Por lo tanto: P'c = ci c2 P = 1 2 6 x 1.7 x 19.17 = 41.06 CV
Capítulo 3
372
Escaleras mecánicas y andenes móviles
donde: P'c = potencia nominal corregida (CV). F = potencia nominal (CV). Entonces la potenda de diseño será: p = c3 P'c = 1.3 x 41.06 = 5338 CV Con lo que escogeríamos una cadena de número 180, puesto que es del tipo 2 (lubri cada por baño), para veloddad de 100 r.p.m. y de 54 CV de potencia.
3 .5
Innovaciones en escaleras m ecánicas
Entre las numerosas mejoras introducidas en este tipo de transporte cabe destacar: • La introducción de los sistemas de inteligenda artifidal • La implantadón de la escalera de veloddad variable • La fabricación del peldaño en polímeros reforzados.
3 .5 .1
La introducción de los sistemas de inteligencia artificial
Este tema será abordado en profundidad en el Capítulo 4. En escaleras mecánicas se ha introducido el sistema Miconic formado por un grupo de microprocesadores que vigila y almacena continuamente todos los aspectos del estado y del rendimiento de la escalera o rampa.
Figura 331 Escalera mecánica controlada por el sistema Miconic.
3 5 Innovaciones en escaleras m ecánicas
373
La Figura 331 representa una escalera mecánica controlada por un sistema Miconic desarrollado por Schindier.
3 .5 .2
La implantación de la escalera de velocidad variable
Mitsubishi Electric ha desarrollado recientemente una escalera mecánica que ace lera hasta una velocidad 1.5 veces superior a la de la zona de embarque [1]. Cuando el pasajero embarca, la escalera funciona a velocidad normal. En el momento en que el peldaño alcanza la zona inclinada, el sistema que controla la escalera inicia una aceleración aumentando la veloddad hasta alcanzar la máxima que es un 50% superior a la de la zona de embarque. Conforme los peldaños van alcanzando la zona de desembarque, se lleva a cabo una desaceleradón que hace que la veloddad vuelva a su valor inicial. De este modo, los pasajeros reducen de forma importante el tiempo de subida/bajada de una manera segura y sin afectar los parámetros de confort. La Figura 3.32 muestra un esquema de la escalera de veloddad variable.
Figura 3 3 2 Esquema de la escalera de velocidad variable, desarrollada por
M itsubishi Electric (1¡.
Capitulo 3
374
Escaleras mecánicas y andenes móviles
' Figura 3.33 Escalera mecánica en Osaka
(Japón), desarrollada Mitsubishi Electric.
Esta empresa puso en marcha también en 1985 en Osaka (japón) la escalera mecánica en espiral (Figura 3.33).
3 .5 .3
La fabricación del peldaño en polímeros reforzados.
Recientemente, Thyssen Fahrtreppen [45] ha introducido en el Mercado el "SmartStep" la escalera mecánica con peldaños fabricados en polímeros reforzados. De acuerdo con la referencia [461, el SmartStep está fabricado en fibra de vidrio en forma de mat de hilos discontinuos reforzando dos matrices termoplásticas: el PBT y el policarbonato. 3 .5 .3 .1
Componentes
La fibra de vidrio Es el refuerzo más utilizado actualmente en la fabricación de materiales compues tos, sobre todo en aplicaciones industriales. Esto se debe a su gran disponibilidad, sus buenas características mecánicas y su bajo coste. La historia de la fibra de vidrio se remonta a la época de los Egipcios, quienes aprovecharon su elevada resistencia para armar vasos y ánforas en las tumbas de los faraones. Las fibras tejidas datan del siglo XVIII en Francia y la producción de
3 5 Innovaciones en escaleras m ecánicas
375
fibra de vidrio continua se consiguió en 1938 en Estados Unidos, formándose’ la compañía Ovvens-Corning Fiberglass. Los primeros estudios ingeníenles sobre materiales compuestos fueron realizados sobre materiales compuestos de fibra de vidrio. Cuando se eleva suficientemente su temperatura, el vidrio en general puede ser fibrado. Sin embargo, para efectuar esta operación, es necesario centrarse en unas composiciones determinadas. En la práctica, los vidrios más utilizados son aquéllos en base de sílice que con tiene en disolución por lo menos dos silicatos: un silicato alcalino (p.e. silicato de sodio) y uno alcalinotérreo (p.e. silicato de calcio). El óxido de sodio actúa como fundente, facilitando el proceso al bajar la tempe ratura de fusión de la sílice, así como su viscosidad. Por el contrario, su presencia afecta a la resistencia química del vidrio y por ello se introduce un alcalinotérreo. Los principales tipos son: Vidrio E (Eléctrico): representa casi la totalidad del vidrio textil utilizado en materiales compuestos, más del 90% de los refuerzos, de uso general y tiene buenas propiedades eléctricas. La primera gran aplicación industrial de fibra de vidrio E fue el aislamiento de conductores eléctricos sometidos a altas temperaturas Vidrio A (Alto contenido en álcali): es menos resistente y tiene un módulo más bajo que el vidrio E. Presenta gran resistencia química Vidrio AR (Alcali resistente): es el único tipo de vidrio que puede combinarse con el hormigón o cemento ya que cualquier otro sería atacado por los álcalis libera dos en la hidratación del hormigón o cemento Vidrio C (Químico): se sitúa entre el vidrio A y el E y se utiliza en las capas superficiales de estructuras anticorrosión, tiene una alta resistencia química Vidrio R o S (Resistencia): empleado en estructuras de elevadas características mecánicas (aeronáutica sobre todo), tiene una resistencia a la tracción y un módulo de elasticidad muy superiores a los otn>s tipos de vidrio. Nació por la demanda de los sectores punta (aviación, espacio, armamento) y responde a sus exigencias en el campo de los materiales resistentes a fatiga, temperatura y humedad Vidrio D (Dieléctrico): con sus altas propiedades dieléctricas se utiliza sobre todo en la construcción de materiales electrónicos de telecomunicación, fabricación de radares y ventanas electromagnéticas. Estos materiales presentan muy débiles pérdidas eléctricas y de aquí su empleo como material permeable a las ondas elec tromagnéticas Vidrio B (Boro): de excelentes propiedades eléctricas y gran durabilidad. Es borosilicato de calcio de bajo contenido en álcali Vidrio ERC (Eléctrico y Resistente químico): con propiedades eléctricas combi nadas con resistencia química Vidrio X: con base de Li2Q por su transparencia a Rayos X.
Capítulo 3
376
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Figura 3 3 4 Peldaño de escalera mecánica desarrollado por
Thyssen Fahrtrneppen fabricando en los termoplásticos PBT y policarbonato reforzados por fibra de vidrio.
Propiedades de la fibra de vidrio La fibra de vidrio está formada fundamentalmente por sílice, que se asocia a diver sos óxidos (alúmina, alcalinos y alcalinotérreos), y se obtiene por fusión de la mez cla de estas materias, pasando por la hilera y sometiéndose a una operación de estirado. Las principales características de la fibra de vidrio son: • Alta adherencia fibra-matriz, gracias a recubrimientos apropiados para la mayoría de las matrices orgánicas • Resistencia mecánica, siendo su resistencia específica (tracción/densidad) superior a la del acero • Características eléctricas. Es aislante eléctrico incluso en espesores reducidos. Tiene buena permeabilidad dieléctrica. Permeable a las ondas electromagné ticas • Incombustibilidad, materia mineral, la fibra de vidrio es incombustible por naturaleza. No propaga la llama ni origina con el calor humos ni toxicidad • Estabilidad dimensional, poco sensible a las variaciones de temperatura e higrometría, tiene un bajo coeficiente de dilatación • Compatibilidad con las materias orgánicas. Su aptitud de recibir diferentes ensimajes creando un puente de unión entre el vidrio y la matriz le confieren la posibilidad de asociarse a numerosas resinas sintéticas, así como a ciertas matrices minerales, tales como el yeso o el cemento
3 5 Innovaciones en escaleras m ecánicas
377
• Imputrescibilidad (no sufre ninguna alteración). Es insensible a la acción de los roedores y de los insectos • Débil conductividad térmica. La utilización de los materiales compuestos en la industria de la construcción permite suprimir los puentes térmicos, dando lugar a un considerable ahorro de calefacción • Excesiva flexibilidad • Bajo coste Varios son los procedimientos que conducen a la producción de fibras de vidrio pero, en general, el prindpio sobre el cuál se basan es siempre el mismo: el esti ramiento a muy alta temperatura, por tracción mecánica o por acción de fluidos en movimiento, de una veta o vena de vidrio fundido y su inmediata solidifica ción. En todos los métodos de fabricadón se distinguen las siguientes fases: (a) Composición-fusión. Las materias primas, finamente molidas, se dosifican con predsión y se mezclan de forma homogénea. A continuación, la mezda es introducida en el horno de fusión, y calentada a una temperatura determinada. En el caso del vidrio E, que contiene pocos álcalis y es rico en sílice y alúmina, se necesitan temperaturas de fusión del orden de 1550 °C. Estas condidones imponen a la hora de construir los hornos la utilización de refractarios de características específicas a partir de óxidos de zirconio y cromo, de coste muy elevado. (b) Fibrado. Mediante la operación de fibrado y bobinado. El vidrio fundido en el horno es distribuido por canales y alimenta a las hileras, que son baños de platino/rodio en forma prismática y agujereados en su base (entre 400 y 4000 agujeros calibrados, entre 2 y 8fim de diámetro). El vidrio fundido se man tiene en la hilera a unos 1250 °C, temperatura que permite su colada por gra vedad, dando origen a barras de algunas décimas de nm de diámetro. A la salida de la hilera, el vidrio se estira a gran veloddad, entre 10 y 60 m/s y se enfría, primero por radiación y después por pulverizadón de agua. De esta forma se obtienen filamentos de varias mieras de diámetro, uno por cada agujero. (c) Ensimado. El conjunto de filamentos, desnudos tal y como salen de la hilera es inutilizable directamente, ya que no hay cohesión entre ellos, no resisten la abra sión, sufren los ataques del agua, etc. Para corregir estos defectos y dar nuevas propiedades a la fibra en fundón de su utilizadón, es necesario revestir los fila mentos con una fina película (ensimaje), que está constituida en general por una dispersión acuosa de diversos compuestos químicos que presentan una fundón bien definida. El ensimaje se deposita sobre los filamentos a la salida de la hilera, cuando la temperatura del vidrio está todavía comprendida entre 80 y 120 °C, según las condidones de fibrado.
378
Capítulo 3 Escaleras mecánicas y andenes móviles
La cantidad de ensimaje (extracto seco) que se deposita sobre el vidrio es relativa mente baja (entre el 0.3 y el 3%). Podemos decir que cada aplicación necesita una combinación específica vidrioensimaje, adaptada a la vez a las condiciones de transformación (corte, enrolla miento, tejido, impregnación, etc) y al uso final (compatibilidad con la matriz, pro piedades mecánicas, eléctricas, ópticas, químicas, etc.). El ensimaje es necesario, ya que sin él, la fibra de vidrio presentaría una serie de aspectos críticos tales como que no habría cohesión entre filamentos, no resistiría la abrasión, ya sea consigo mismo, o con otras superficies, sería sensible al ataque del agua, originaría cargas electrostáticas, no se uniría químicamente con la matriz, finalmente no se adaptaría a los procesos de transformación. Por tanto, las funciones del ensimaje son las siguientes: • Dar cohesión entre filamentos • Hacer aumentar o disminuir la rigidez • Proteger contra la abrasión • Eliminar la electricidad estática ■ Modular la impregnación por la resina Los principales tipos de ensimajes están clasificados en tres categorías: Los ensimajes textiles, que aportan a los hilos las características necesarias para resistir las operadones puramente textiles (la cohesión interfilamentar, resistenda a la abrasión, el deslizamiento y la posibilidad de ser eliminados rápida y completa mente por métodos térmicos). Los ensimajes plásticos, que aportan a los hilos las características necesarias para su transformarión mediante los procedimientos utilizados en la industria de los materiales compuestos y les hacen además compatibles con las resinas a reforzar. Los ensimajes textilo-plásticos, que gracias a su composición aportan soluciones de compromiso que pueden ser suficientes en algunos casos de aplicadón. (d) Bobinado. El conjunto de filamentos se agrupa en una o varias unidades para
dar lugar a productos finales (roving directo) o productos intermedios (ovillos), que se bobinan según diferentes formas y geometrías. (e) Secado. Los productos procedentes del bobinado se pasan por diferentes dispo sitivos de secado con objeto de eliminar el exceso de agua en que se había disuelto el ensimaje. Vamos a referirnos a continuaaón a las principales presentadones de la fibra de vidrio a escala industrial cuando ésta se utiliza para el refuerzo de las matrices orgá nicas. Antes, y dado que serán utilizados con bastante frecuenda, es necesario defi nir los siguientes términos:
3.5 Innovaciones en escaleras m ecánicas
379
Figura 335 Fibra de vidrio cortada preparada para su inyección.
Título: El diámetro y número de filamentos que constituyen un hilo textil determi nan la «densidad lineal» o título. La densidad lineal o título de un hilo es la relación entre su peso y su longitud. La unidad de medida es el tex (1 tex = 1 g/km). Este con cepto es aplicable a todas las variaciones de productos de refuerzo, básicos o finales (hilos, mechas). En el caso de un roving directo, todos los filamentos que salen de la hilera son agrupados en una sola mecha, dando lugar al título definitivo, mientras que en el caso de un roving ensamblado, el título de la mecha será el resultante de multipli car el título de uno de sus hilos de base por el número de ellos utilizado para preparar la bobina. Este concepto es también aplicable a los hilos cortados, refiriéndose en estos casos al título de los hilos antes de las operaciones del corte. Gramaje: Los tipos de hilos utilizados y la cantidad de los mismos por unidad de superficie determinan el gramaje de un mat o un tejido. El gramaje o densidad superficial es la relación entre el peso de un mat o un tejido y su superficie. La uni dad de medida es el gramo/m2. Este concepto es también aplicable a otros produc tos como velos de superficie o complejos. En la aplicación del peldaño de escalera mecánica se han utilizado hilos corta dos. Son fieltros de hilos cortados a una longitud determinada y aglomerados entre sí mediante un ligante químico. Existen diversos tipos de mats, que se diferencian por las características del hilo de base (tipo de vidrio, diámetro de referencia, título y ensimaje) y por las del ligante (Figura 335). Se presentan en rollos bobinados sobre un tubo .soporte de cartón y varían en cuanto al gramaje, que se encuentra entre 100 y 900 g/m2 y en cuanto al ancho, entre 0.092 y 0.240 m. Existe además la posibilidad de anchos especiales según las posibilidades de las máquinas y presentaciones en bandas desde 5 cm de ancho para aplicaciones espe cíficas. Sus principales características de utilización son las siguientes: • Solubilidad en estireno • Deformabilidad • Nivel de impregnación
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
• Resistencia a la tracción • Compatibilidad con las resinas Más información sobre fibra de vidrio puede encontrarse en las referencias [2-21].
El PBT o polibutileno tereftalato Este material fue introducido en el mercado mundial en 1969, es un termoplástico semicristalino con una tasa muy alta de cristalización, lo que hace a este material ofrecer ciclos de moldeamiento muy rápidos. La amplia lista de propiedades que este material ofrece: resistencia térmica, resistencia química, propiedades eléctricas estables, rigidez y resistencia mecánica; hace que este material sea el idóneo para peldaños de escaleras mecánicas. La unidad de repetición de la cadena molecular del PBT está formada por dos mitades distintas y diferentes químicamente. La primera, más complicada, es res ponsable de las fuertes ligaciones intermoleculares. La segunda, es más simple, es responsable por la flexibilidad y movilidad de la cadena molecular, que a su vez es responsable de la cristalinidad del PBT. Presenta una temperatura de fusión crista lina de 223 °C. Su fórmula se representa en la Figura 3.36. El PBT no reforzado exhibe buena resistencia a la tracción, tenacidad y baja absorción de humedad. La superficie de piezas moldeadas con este material exhibe alta dureza y bajo coeficiente de fricción, estático y dinámico. Algunos tipos de PBT se refuerzan, por poseer baja temperatura de deflexión térmica (54 °C a 1.82 MPa), de esta forma, el foco de aplicación para estos tipos de PBT está en piezas que estén libres de tensión a altas temperaturas. El agregado de fibra de vidrio al PBT mejora una serie de propiedades del mate rial en relación a la resina no reforzada. Los PBT’s reforzados con fibra de vidrio se caracterizan por ser materiales con alta resistencia mecánica, rigidez, óptimas pro piedades de larga duración, buena estabilidad dimensional y alta temperatura de deflexión térmica (hasta 210 °C a 1.82 MPa).
Poliésier
Figura 3 3 6 Fórmula del polibutileno terítalato (PBT).
71
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3 5 Innovaciones en escaleras m ecánicas
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Figura 3 37 PBT preparado para inyección.
En la Figura 3.37 aparece una fotografía de PBT para inyección. En esta aplicación se ha añadido al PBT fibras de vidrio y policarbonato para mejorar la resistencia mecánica y la rigidez, en relación a la resina no reforzada y, ai mismo tiempo, mejorar la estabilidad dimensional, contracción en el moldeo y el acabado superficial de los moldes, en relación a las resinas reforzadas con fibra de vidrio. Más información sobre PBT puede encontrarse en las referencias [22-35].
El policarbonato o PC El policarbonato nació por los años cincuenta como resultado de las investigacio nes que se estaban haciendo en la rama de los poliésteres. Su especial interés radica en que es un plástico amorfo y transparente, con una temperatura admisi ble de trabajo de hasta 135 °C, conjuntamente con uñas muy buenas propiedades mecánicas y tenacidad, buena resistencia química (salvo a los álcalis) y buena estabilidad dimensional. Lamentablemente, el PC se hidroliza con el agua a elevadas temperaturas; por eso requiere un riguroso secado y acondicionamiento antes de su moldeo.
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Por consiguiente encontró rápida aplicación en piezas que exigían transparencia y esfuerzos elevados o temperaturas, especialmente en electrotecnia y en aparatos electrodomésticos. Su tenacidad y buen acabado le hacen idóneo para su aplicación en peldaños de escaleras mecánicas. Análisis previos demostraron que el PBT sin policarbonato hubiera fallado debido a la alta deformación con la temperatura debido a su estructura semicristalina, en cambio ambos termoplásticos cumplieron todos los requerimientos mecánicos y de proceso. En la Figura 338 se representa la fórmula del policarbonato. Se distinguen por una notable dureza superficial así como excelentes propieda des de aislamiento y de resistencia a los agentes atmosféricos. Además, cabe señalar, de modo más especial, su transparencia y sus calidades estéticas. Es por ello que su utilización en esta aplicación está justificada por su dureza y resistencia a los agen tes atmosféricos además de una excelente compatibilidad con el PBT y la fibra de vidrio previamente ensimada. En la Figura 339 se representa una fotografía de policarbonato para inyección. Más información sobre policarbonato puede encontrarse en las referencias [36-40|.
Figura 3.39 Policarbonato para inyección.
¥1 3 5 Innovaciones en escaleras mecánicas
3 .5 .3 .2
383
El p ro ceso : In yecció n
En el proceso de inyección de granulados, objeto de este apartado, se utilizan semi productos del tipo granulado que incorporan tanto la resina termoplástica como la fibra. Los granulados, fabricados según métodos descritos posteriormente, están destinados a ser moldeados por inyección en el 90-95% de los casos. En menor escala, existen otros procedimientos de moldeo de este tipo de granulados: rotomoldeo, extrusión, inyección soplado y termoformado. El moldeo por inyección permite la realización en discontinuo de piezas muy diversas, pudiendo ir desde piezas muy pequeñas de algunos gramos, para relojería por ejemplo, hasta piezas de varios kilos. Una de las ventajas de este método es la posibilidad de realizar piezas complejas con espesores variables en una única etapa de inyección. Los termoplásticos presentan grandes ventajas en su uso debido a su ligereza de peso, su bajo coste, su estabilidad química y autolubricación. Sin embargo presentan inconvenientes importantes como su dilatación térmica elevada, fluencia bajo carga en frío y bajas propiedades mecánicas. Precisamente añadir refuerzo de fibra de vidrio tiene como objeto mejorar notablemente algunas de estas desventajas llegando a competir con metales como bronce, hierro fundido, metales no ferrosos, etc. (41]
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La adición de refuerzo de fibra de vidrio mejora propiedades como la resistencia a la combustión, la resistencia a la tracción, flexión y compresión hasta en un 200% y la resistencia al choque hasta en un 250%. Otras propiedades como fluencia en frío y coeficiente de dilatación y elongación se reducen notablemente. Además el material sigue conservando propiedades inherentes de los termoplásticos como su buena absorción del sonido, la posibilidad de pigmentación y su resistencia a la corrosión. Las materias primas utilizadas en la inyección de termoplásticos reforzados son semiproductos del tipo granulado. Se moldean según diferentes técnicas. k
- Granulados a partir de fibras cortas (entre 0.2 y 1 mm), que son los más uti lizados (90-95%). - Granulados a partir de fibras (entre 6 y 13 mm), técnicas en desarrollo con algunos termoplásticos comerciales (aproximadamente el 2%).
^
La fabricación de granulados consiste en la incorporación de fibras de vidrio en el termoplástico por el procedimiento de extrusión. Hay tres métodos, que se diferen cian sobre todo por la forma de incorporar la fibra de vidrio al termoplástico: - Método de premezdado - Método de aportadón de la fibra en roving. - Método de aportadón de hilos cortados al plástico fundido. En el primero de estos métodos se homogeneiza la fibra y el plástico en mezclado ras lentas y a continuación se incorpora a la extrusora, que generalmente es de un solo tomillo y con forro calefactado. Bajo la acdón combinada del calor y de las
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
fuerzas de cizallamiento del tornillo, la resina funde e impregna la fibra de vidrio, que se divide en filamentos y reduce su longitud al romper. El inconveniente es pre cisamente la reducción de la longitud de las fibras hasta valores de décimas de mm. La mezcla pasa después por los agujeros de la hilera de la extrusora y forma junqui llos de 2 a 4 mm de diámetro, y se enfría solidificando, para ser cortada en forma de granulos de 4 a 5 mm de longitud. El segundo método consiste en la incorporación de rovings a la materia fundida mediante una extrusora de tornillo. En este caso, la alimentación de la resina se rea liza en la entrada principal de la extrusora y el roving se incorpora a través de un orificio situado a un tercio de la longitud del forro. Los dos tomillos funden la resina y aseguran el corte del roving. En este caso la longitud residual de las fibras en los granulados es ligeramente superior que en los métodos de incorporación de la fibra en seco. Este procedimiento permite además una buena homogeneización de las fibras de vidrio y los aditivos trabajando a grandes caudales. [42j El tercero de los métodos se realiza con la ayuda de dos dosificadores de pesada, incorporando la resina termoplástica por el orificio principal mientras que el refuerzo penetra en forma de hilos curiados por un orificio situado a un tercio de la longitud. Las extrusoras pueden ser de uno o dos tomillos. Este método es el más utilizado industrialmente y proporciona caudales muy importantes, superiores a una tonelada por hora, con un reparto de longitudes residuales de la fibra optimi zado. Los distintos dispositivos mecánicos de que consta una línea de granulación típica son: (1) Mezcladores (2) Dosificadores (3) Extrusora (4) Línea de enfriamiento (5) Granulador (6) Embalado automático Para los hilos cortados pueden utilizarse todo tipo de mezcladores de velocidad lenta, de tipo tonel, pala o cinta, mientras que para la fibra molida es preferible el tipo de mezclador de velocidad rápida. Según el método de incorporación de la fibra, pueden utilizarse bandas dosificadoras, dosificadores de bandas pesadoras o incluso balanzas dosificadoras. Para evitar la segregación de la fibra durante el transporte de las premezclas es necesario evitar el uso de sistemas neumáticos o correas vibrantes. Según la naturaleza del polímero, es posible la elección entre dos técnicas de granulación: vía húmeda (corte en cabeza), o vía seca (corte a partir de junquillos).
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F.V. T.P.
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Figura 3.40 Sistemas de fabricación de granulados reforzados de termoplásticos.
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Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Los materiales que ofrecen dificultad al estirado y no son sensibles a la humedad son granulados en la cabeza de la extrusora, con hileras redondas de múltiples agu jeros de diámetros comprendidos entre 2 y 4 mm. Los materiales higroscópicos (poliamida, policarbonato) se granulan después de su enfriamiento al aire. En este caso las hileras son planas con salida horizontal o a 45°, con 20-60 agujeros de 2 a 4 mm de diámetro, según el diámetro del husillo y el caudal de la extrusora. La línea de enfriamiento consiste en un paso de los junquillos a través de un baño de agua o una zona de pulverización (sistema vía húmeda) o bien se efectúa en la cabeza (sistema vía seca). En el caso de productos de bajo alargamiento, es necesario enfriar los junquillos mediante pulverización. Los granuladores son rotores con varias cuchillas. Los granulados reforzados deben secarse, tamizarse y finalmente embalarse en condiciones de estanqueidad, dado su carácter más o menos higroscópico. Las extrusoras de un solo tomillo (diámetros de 90,120,150 mm), tienen cauda les del orden de 100 a 500 kg/hora de granulado reforzado. La potencia instalada varía entre 150 y 250 kW, según características de tomillo y caudal. Durante el proceso de moldeo por inyección, el granulado es introducido en una máquina de inyección a través de una boca de alimentación. Es usual que esta boca de entrada vaya equipada con un sistema de secado que elimine la humedad de los termoplásticos que son susceptibles a una degradación por humedad y con un imán que elimine cualquier partícula metálica que accidentalmente se haya incorporado. El granulado una vez en la máquina, es calentado a una temperatura por encima del punto de fusión en el caso de resinas semicristalinas o del punto de reblandeci miento para resinas amorfas. El material calentado fluye y es mezclado dentro de la máquina gracias a un tomillo giratorio. En parte el calor generado en la máquina se debe al propio rozamiento del tomillo con el material. Unos calentadores de resis tencia eléctrica suministran el resto del calor necesario para la fusión [43]. Cuando el material alcanza el final de la máquina éste es inyectado a alta presión a través de una pequeña apertura en un molde metálico cerrado. En el molde, el material fundido es forzado a través de una apertura en la cavidad de salida del molde la cual ha sido fabricada según las especificaciones de acabado de la pieza. El molde se mantiene cerrado hasta una temperatura por debajo del punto de solidifi cación de la resina. Durante el periodo de enfriamiento y solidificación el tomillo comienza a girar y fundir material de nuevo. Tras la solidificación de la pieza se abre el molde y se expulsa la pieza cerrándose de nuevo el molde y quedando listo para una nueva pieza.
W1 3.5 Innovaciones en escaleras mecánicas
387
E! control de la orientación de la fibra en este proceso, en caso de fibra corta puede ser fundamental para el uso eficiente de esta técnica. En el proceso de inyec ción debido al movimiento de la mezcla dentro de la máquina es casi impredecible cual será la orientación final de la fibra. Sin embargo el control de parámetros de moldeo tan importantes como la geometría del molde, viscosidad, la carga de fibra, relación diámetro de conductos - longitud de fibra puede ser decisivo a la hora de conseguir una adecuada orientación y distribución de la fibra.
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La naturaleza propia del proceso de moldeo por inyección limita la longitud de la fibra que puede ser usada ya que la acción del tornillo en la máquina de inyección así como las estrechas aperturas de paso del material fluido producen una signifi cante rotura de la fibra. Se han desarrollando máquinas de inyección que pueden utilizar granulados con fibras de 0.3 - 2.5 cm.
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Si Pieza
Molde
abierto
Expulsión de la pieza
Molde cerrado con cavidad llena de mezcla
I Etapa 2
Tomillo avanza y cirrrra la válvula Molde cerrado con pieza en proceso de solidificación
Tomillo casi parado
Figura 3.41 Detalle de las etapas de operación de una máquina de inyección.
388
Capítulo 3
Escaleras mecánicas y andenes móviles
Los parámetros más importantes de la inyección son: • Temperatura de fusión: es la temperatura a la que penetra en el molde el material y es controlada por un sistema de control de temperatura aunque puede verse afectada por la presión y la velocidad de inyección. • Velocidad de inyección: es la velocidad a la que avanza el tomillo durante el llenado del molde. La velocidad puede ser variable comenzando con una velocidad lenta de llenado, incrementándola a mitad de inyección y aumen tándola de nuevo al final para evitar burbujas de aire atrapadas y permitir una transición suave y controlada de la presión. • Presión de inyección: la presión ejercida por el tomillo sobre el material fun dido no es constante durante la etapa de llenado. La presión va aumentando conforme el molde es llenado y la resistencia de flujo se incrementa. Cuando el molde se llena el control de la presión juega su papel principal. Las prensas de inyección son generalmente horizontales, aunque para aplicaciones especiales pueden ser verticales o a 45u. Su capacidad depende del tamaño y peso de las piezas a inyectar, por lo que las fuerzas de cierre pueden oscilar entre 5 y 10 000 Tn. Los grupos de cierre son mecánicos para máquinas pequeñas, hidráulicos para moldes de gran capacidad, y también existen sistemas mixtos. Los grupos de inyec ción son generalmente de husillo directo o de husillo y válvula, aunque también se utilizan sistemas husillo/pistón. El conjunto forro/husillo tiene un tratamiento específico antidesgaste. Las máquinas de moldeo suelen tener dos velocidades de cierre. Una velocidad rápida con baja fuerza seguida de una velocidad lenta en el momento de cierre que genera una fuerza apropiada antes de la inyección. Esta doble veloddad mejora notablemente los tiempos de dclo. Los moldes son de una o varias cavidades, según las series, y de una concepción totalmente automatizada, a partir de aceros de alta resistenda. Su coste es elevado, aunque este valor se hace despredable frente al coste de la materia prima dado que en la mayoría de los casos este procedimiento se aplica a grandes series. Para la realización de preseries o series reduddas, pueden utilizarse moldes a partir de aleaciones de menor coste. Existen variantes de este proceso de moldeo por inyecdón: • Inyecdón de espumas estructurales termoplásticas: El proceso y maquinaria son similares pero se induye una fase en el que a la resina se le incorpora un agente que produce gas y hace que el plástico se expanda en la cavidad del molde. • Moldeo por inyecdón de sándwich: en el que se introducen dos materiales termoplásticos generalmente espuma, reforzada o no, para el núdeo y un material con buen acabado superfidal para las pieles. • Moldeo por inyecdón en hueco: en el que se introduce N2 durante la inyec dón reduciendo la presión del moldeo.
35 Innovaciones en escaleras mecánicas
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• Moldeo por compresión/inyección: el termoplástico es inyectado en un molde parcialmente abierto que luego es cerrado para la fabricación de la pieza. Se consiguen así menores presiones de inyección. • Moldeo por inyección laminado: se inyectan dos o más materiales secuencialmente creando capas de material apiladas unas sobre otras. Las reacciones y el proceso que tiene el material dentro del molde en el momento de llenado y enfriamiento son muy complejos y no han sido completamente formula dos hasta el momento. Estos fenómenos pueden tener una determinada influencia en las propiedades finales del producto moldeado. Considerando solamente el molde, un ciclo de inyección puede ser dividido en tres etapas: llenado, compactación y enfriamiento. En el instante t=0 un sensor de presión junto a la entrada registra una subida de presión. Cuando el material se extiende en el molde la presión crece gradualmente hasta que el molde se llena completamente (t = 1). En este momento comienza la etapa de compactación y se comprime la mezcla hasta el instante t = 2 para compensar el encogimiento que se producirá en el enfriamiento. Entre los instantes t = 2 y t = 3 se continúa la compac tación introduciendo más material aprovechando que todavía no se han enfriado los conductos ni la entrada al molde. En el instante t = 3 ya no se introduce más material y cae la presión rápidamente hasta la presión atmosférica t = 4. A partir de este instante t=5 se puede retirar la pieza del molde produciéndose un encogi miento adicional hasta que alcanza la temperatura ambiente t = 6. En cualquier caso la Figura anterior es cualitativamente correcta pero realmente cada punto tiene un historial distinto de la relación flujo-temperatura-presión y por lo tanto la microestructura y las propiedades de la pieza no son uniformes a lo laigo de la pieza. Así pues el flujo del material dentro del molde puede realizarse de varias formas y para un molde, dado el modelo de llenado, el resultado se ve afectado por la loca lización y el tipo de entradas u orificios. Utilizando una entrada en el centro se reduce el recorrido de flujo hasta casi la mitad y por lo tanto la presión necesaria para llenar el molde es más pequeña. Si se utilizan dos entradas en cada uno de los extremos se obtiene un efecto similar pero la zona donde los dos frentes de flujo se ponen en contacto suele dar peores propie dades. Por lo tanto cuestiones tales cómo si la unidad de inyección tiene capacidad para llenar el molde, dónde se localizarán las líneas de unión «weldlines», si se espera aire atrapado o cuál será el número adecuado de entradas de inyección, son de vital importancia para controlar el proceso de la inyección. El "Smartstep" es un 30% más ligero que en aluminio facilitando las operaciones de mantenimiento y disminuyendo el desgaste en la tracción y en la cadena de la instalación. De acuerdo con la referencia {44], el moldeo por inyección del peldaño complete se lleva a cabo en una única operación. Más información sobre esta aplicación puede encontrarse en las referencias [45-48].
C a p ít u l o 4
Introducción al tráfico vertical
Los elementos de transporte vertical de un edificio deben responder perfectamente a las necesidades de movilidad vertical dentro de éste, sobre todo en las horas deno minadas punta. De esta forma, un edificio puede convertirse en totalmente inaceptable en cuanto al servicio de transporte entre la planta de embarque (normalmente la planta baja) y el resto de las plantas sea ineficaz. El conjunto de las exigencias de los usuarios del edificio, viene en mayor o menor grado definido como "calidad de servicio". Uno de los niveles de calidad más percibido por el usuario es el tiempo de espera que una persona debe realizar frente al ascensor para poder viajar en él. Los técnicos de todo el mundo en materia de ascensores, se han esforzado en dar una norma internacional que regule y limite los tiempos de espera, fijando unos valores máximos admisibles en cada caso, en función de las características peculia res del edificio donde vayan a instalarse los aparatos elevadores, en la cual se fun damentan los estudios de tráfico. Para realizar un estudio de tráfico, deben tenerse en cuenta parámetros muy dis tintos como son: • destino del edificio • número de plantas • superficie por planta • distancia entre pisos • población de la planta • situación de la parada principal • etc. 391
392
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Podemos dedr que un análisis de tráfico resulta laborioso y complicado, por los múltiples parámetros que deben manejarse, pero imprescindible para definir una de las instalaciones fundamentales en un edificio. Por ello, la solución óptima del tráfico de personas del edificio debe basarse en un profundo análisis del edificio hecho por profesionales del sector. Las referencias [1-26] tratan en profundidad aspectos relacionados con el trá fico vertical.
4 .1
Diagramas de tráfico por sectores
Como ya se ha comentado en párrafos anteriores, uno de los aspectos más impor tantes cuando se diseña una instalación de elevación vertical, es sin duda, el des tino del edificio. Evidentemente un ascensor de un edificio de oficinas, otro de un colegio y finalmente otro de un hospital van a funcionar de forma totalmente dife rente desde el punto de vista de tráfico, aunque su velocidad y su carga nominales coincidan. La forma más gráfica de estudiar el tráfico por sectores es la representación de flujo de usuarios a lo largo de una jornada. A continuación se muestran los diagramas de flujo de usuarios a lo largo de una jomada en los siguientes casos: (a) Tráfico de personas en un hospital (b) Tráfico de montacamillas y montacargas en un hospital (c) Tráfico de personas en un edificio de profesionales libres
(d) Tráfico de vehículos en un garaje de un edificio de profesionales libres (e) Tráfico de personas en un centro comercial (0 Tráfico de personas en un hotel (g) Tráfico de personas en un edificio de apartamentos (h) Tráfico de personas en un colegio mayor (0 Tráfico de personas en un colegio (j) Tráfico de personas en un juzgado
4.1 Diagramas de tráfico por sectores
393
( (
(a) Tráfico d e personas en un hospital
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En un hospital, en lo que refiere a flujo de personas (Figura 4.1), normalmente hay un tráfico creciente a primera hora de la mañana, para pasara una situación estacio naria hasta la hora de la comida, donde se registran altibajos; por la tarde aparecen concentraciones de tráfico asociadas a las horas de visita a los pacientes.
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o (b) Tráfico d e montacamillas y montacargas en un hospital En el flujo de camillas y cargas (Figura 4.2) se registran picos a las horas de servicio de comidas a los enfermos. Durante el día aparecen dos valles asociados a los diver sos tratamientos, reduciéndose el flujo a última hora de la tarde.
j
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Figura 42 Tráfico bidireccional en un hospital (montacamillas y montacargas en%).
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1J
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394
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
(c) Tráfíco de personas en un edificio d e profesionales libres En un edificio de profesionales (Figura 4.3) se obtienen distribuciones con horas punta coincidiendo con las actividades de la mañana y tarde (visitas profesionales) y salida de los niños del colegio.
(d) Tráfico de vehículos en un garaje d e un edificio de profesionales libres En la Figura 4.4 se representa el movimiento de vehículo en un garaje de un edificio profesional donde se marcan claramente los picos de entrada y salida correspon dientes a zonas de mañana y tarde respectivamente. Dado lo pronunciado que son ambos picos deben disponerse tiempos cortos de espera.
Figura 4.4 Tráfíco bidireccional en un edifico de profesionales libres (garaje en %).
4.1 Diagramas de tráfico por sectores
395
(e) Tráfico d e personas en un centro com ercial En un centro comercial (Figura 4.5) existe una banda inicial de entrada del personal que trabaja en el propio centro, una segunda zona de flujo de dientes, una banda central con altibajos correspondiente al horario de comida, flujo de padres y estu diantes que salen del colegio y finalmente últimos movimientos de clientes.
Figura 45 Tráfíco bidireccional en un centro comercial (personas %).
(0 Tráfico d e personas en un hotel En un hotel (Figura 4.6) existen suaves puntas de tráfico por la mañana correspon dientes a horarios de desayunos, reuniones y comidas. Por la tarde aparece el pico más importante correspondiente a las horas anteriores a la cena. En líneas de puntos aparece el tráfico de clientes que se registran en el hotel y que lo abandonan. Por la tarde pueden aparecer colas si no se estudian con detalles los tiempos de espera.
Figura 4.6 Tráfico bidireccional en un hotel (personas %).
396
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
(g) Tráfico d e personas en un ed ifico de apartamentos En un edifíciu de apartamentos (Figura 4.7) aparecen varios máximos relativos correspondientes a horarios de colegios, comida y cena. En general, la distribución es bastante suave sin apreciarse picos en punta.
10AM 11 MUI i;1MOON1PM
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srv « pm 7FM *FM - - ------- t— —1--------1--------
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Figura 4.7 Tráfico bidireccional en un edifício de apartamentos (personas %).
(h) Tráfíco de personas en un coleg io mayor En un colegio mayor (Figura 4.8), los máximos picos de tráfíco se registran por la mañana cuando los estudiantes se dirigen a clase y por la tarde, cuando han finali zado las clases y los estudiantes realizan actividades deportivas y durante el hora rio de cenas.
(personas %).
4.1 Diagramas de tráfico por sectores
397
(i) Tráfico d e personas en un colegio En un colegio (Figura 4.9) es sin duda donde se registran los picos más pronuncia dos ya que coincide u flujo masivo de estudiantes al inicio y finalización de cada clase. En este caso, el estudio de la disposición del tráfico vertical es absolutamente crítica, porque sino coincidiendo con las señales horarias se registrarán largas filas en cada piso. (j) Tráfico de personas en un juzgado En un edificio oficial tipo juzgado, aparecen varios máximos relativos coincidiendo con la entrada de personal, juicios y salida de personal a última hora del día. La dis tribución es ligeramente crítica desde el punto de vista de tráfico vertical ya que durante las horas punta, los tiempos de espera deben ser rigurosamente estudiados, sobre todo teniendo en cuenta la puntualidad necesaria en un juicio. Se puede concluir este breve estudio sobre el flujo de usuarios a lo largo de la jor nada por sectores afirmando que existe una gran dispersión de resultados depen diendo del destino del edificio. En general, se puede afirmar que a lo largo del día aparecen bandas horarias con flujo de usuarios constante, lo cual favorece el apro vechamiento óptimo de una instalación de elevación. Por contra, suelen aparecer horas punta que congestionan el tráfico vertical de forma drástica. Son éstas las ban das de estudio para el experto en tráfico vertical y será en esas zonas donde habrá que poner a punto la instalación para que los tiempos de espera entren dentro de los márgenes admisibles. En principio, en aquellos edificios donde la gráfica de flujo en función del tiempo es monótona sin picos agudos (es decir, sin horas punta acentuadas), la ins talación de transporte vertical se diseñará con facilidad, y el ascensor funcionará de
398
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Figura.4.10 Tráfíco bidireccional en un juzgado (personas %).
forma regular a lo largo de la jornada. En este grupo podríamos incluir hospitales, centros comerciales y edificios de apartamentos. Por contra en aquellos casos en los que se registren picos de flujo de usuarios y las gráficas reflejen bruscas variaciones del número de usuario en espacios cortos de tiempo, el diseño de la instalación vertical se complicará. En este grupo se podría incluir los colegios, edificios de oficinas y hoteles. Se pueden implantar técnicas como ascensores zonales aunque no resultan muy eficientes. Sin duda, como se estudiará a continuación la solución más eficiente consiste en la flexibilización de horarios, cuando ésto es posible, ya que así la gráfica flujo-tiempo se suaviza, eliminando o disminuyendo los máximos correspondientes a las horas punta.
4 .2
4 .2 .1
Ascensores y montacargas
Definición de la instalación de elevación en el edificio. Normas generales
En los siguientes diagramas se sugieren unas guías generales para orientar en la elección del número y características de los ascensores a considerar en un edificio. Seleccionando primero las siguientes aplicaciones: • viviendas segmento básico • viviendas segmento medio y alto • edificio de oficinas con necesidades medias.
4.2 Ascensores y montacargas
399
Edificio d e viviendas tipo básico Este ábaco cumple con las necesidades básicas requeridas para el transporte interno en un edificio de viviendas. La cantidad, capacidad y velocidad, según diagrama, puede ser aumentada por el proyectista para mejorar la comodidad del transporte. Como observación queremos hacer notar que aunque para las áreas de utiliza ción 1 y 2 serian admisibles ascensores de 320 kg, las actuales reglamentaciones de eliminación de barreras arquitectónicas piden ascensores de un mínimo de 450 kg.
0
100
200 300 400 500 600 N° de personas en el total de pisos ------ ►
700
800
Figura 4.11 Gráfico de selección de ascensores en viviendas de tipo básico.
Edificio d e viviendas tipo m edio y alto Este diagrama cumple con las necesidades básicas requeridas para el transporte interno en un edificio de viviendas con requerimientos medio y alto. La cantidad, capacidad y velocidad, según diagrama, puede ser aumentada por el proyectista para mejorar la comodidad del transporte. Como observación queremos hacer notar que aunque para el área de utilización 2 del gráfico adjunto, serían admisibles ascensores de 320 kg, las actuales reglamen taciones de eliminación de barreras arquitectónicas piden ascensores de un mínimo de 450 kg.
Capítulo 4
400
Introducción al tráfico vertical
N° de personas er cada piso ------- ►
0
100
200
300
400
500
600
700
800
N° de personas en el total de pisos ------ ►
Figura 4.12 Gráfico de selección de ascensores en viviendas tipo medio y alto.
ir ™ ¥¿ m
£ j¡
400
500
800
bu ncjii «drp» dnnpM 200
400
600
1000
1200 1400
800
Eau b l i I i vjie pjra d tr a p a c e «n 5 rara del 125%
200
400
1600
n 6 meadrt m M u i d r p R U U i
600
1000
dé »uül 800
1200
1400
pcnonM
1000
Figura 4.13 Gráfico de selección de ascensores en viviendas tipo básico.
4.2 Ascensores y montacargas
401
Oficinas tipo m edio Este diagrama cumple con las necesidades básicas requeridas para el transporte interno en un edificio de oficinas. En edificios sin tráfico de punta se aplican básicamente 10% y 12.5%, según comodidad deseada. Siendo este tanto por ciento el número de personas del edificio que se desalojan en 5 minutos. En edificios con tráfico de punta se aplica básica mente el 16%. La cantidad, capacidad y velocidad, según diagrama, puede ser aumentada por el proyectista para mejorar la comodidad del transporte. Emplazamiento d e los ascensores en un edificio Tanto los ascensores como las escaleras mecánicas tienen que tener un acceso fácil desde las distintas entradas del edificio y en general deben estar agrupados; a este agrupamiento lo denominaremos columna de elevación. Pues bien, esta columna de elevación debe estar lo más cerca posible de las entradas de tráfico intenso (por ejemplo más cerca de la entrada que dé a una parada de metro, de la que no dé a ninguna, ya que podemos esperar más usuarios por esta entrada que por la otra).
nii nr nr nr } nr| nr]L fifi
Distancia máxima 45 m
P
Distancia máxima 45 m
Columna de elevación Figura 4.14 Emplazamiento de los ascensores en un edificio.
Capítulo 4
402
Introducción al tráfico vertical
□ü
000
0000
Dúplex
Triplex
Cuádruplex
□ H
Q
Cuádruplex opuestos
I D
iigigi
igiiiii
Quíntuplex opuestos
Séxtuplex opuestos
□□
□
DQ
□
□C ü J Dobles séxtuplex opuestos
Figura 4.15 Disposiciones recomendables para ascensores en grupo.
En general la recomendación a seguir es la de situar la columna de elevación a no más de 45 metros de la entrada o destino más alejado, entendiendo como destino más alejado la oficina, vivienda o habitación más alejada del ascensor. Si las dimen siones del edificio lo requieren será conveniente colocar más de una columna de ele vación. Independientemente de esto, los edificios complejos requieren un análisis en profundidad de las necesidades de circulación interna de personas o elementos (caso de un hospital) que requieran columnas de elevación especializadas. Disposiciones recom endables para ascensores en grupo Los ascensores que trabajan en grupo deben instalarse siempre juntos para tener una adecuada racionalización de uso. Las ilustraciones muestran las disposiciones más usuales de ascensores en grupo destinados a estos grandes edificios. (1) Grupo dúplex para pequeños edificios (2) Grupo triplex (3) Grupo cuádruplex en una sola fila
4.2 Ascensores y montacargas
403
(4) Grupo cuádruplex en bloques opuestos. Su instalación es más recomendable que la disposición 3, debido a que las distancias entre los camarines son más cortas. (5) Grupo quíntuplex (la disposición en una sola fila de cinco ascensores no es reco mendable). (6) Grupo séxtuplex (7) Dos grupos séxtuples por pisos diferentes. Es importante la separación del flujo de tráfico y una señalización adecuada en los pasillos. De gran importancia para realizar cálculos de tráfico -ertical es la determinación del parámetro denominado número de paradas probables. Su evaluación se lleva a cabo mediante la siguiente fórmula: N° de paradas probables = S - S ((S-1)/S)P
(4.1)
donde S es el número de pisos superiores p es el número de pasajeros en cada viaje Para hacer más sencilla su evaluación se utiliza la Tabla 4.1:
|y.-
/•' -
" -
>
•
■.
n qe numero de
K '"-"
,
1
.. .
,s
■■
N* de pasajeros
Piso
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
2
1.5
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2.7
3.1
3.3
3.4
35
3.6
3.6
3.7
3.7
3.7
3.8
6
3.1
4.0
4.6
5.0
5.3
55
5.7
5.8
5.8
5.8
5.9
5.9
6
6
6
8
2
33
4.4
53
5.9
6.4
6.8
7.0
73
75
7.6
7.7
73
7.8
8
28
30
2
2
2
33
3.9
4
26
10
2
3.4
4.7
5.8
65
72
7.7
82
85
8.8
9.0
92
9.4
9.5
95
12
2
3.5
4.9
6.0
7.0
7.8
85
9.0
95
9.9
10.2
105
10.8
11.0
113
14
2
3.6
5.0
63
73
83
9.0
9.7
103
10.8
11.3
11.6
12.0
12.2
125
16
2
3.6
5.1
6.5
7.6
8.6
95
103
11.0
11.6
12.1
12.6
13.0 13.4
13.9
18
2
3.7
5.2
6.6
7.8
8.9
9.9
10.8
11.6
123
12.9
13.4
13.9 14.4 15.0
20
2
3.7
5.3
6.7
8.0
92
103
11.2
1Z1
12.8
135
142
14.7
153
22
2
3.7
5.4
6.8
8.2
9.4
105
11.6
125
133
14.1
143
15.4
16.0 17.0
24
2
3.8
5.4
6.9
83
9.6
10.8
11.9
123
13.8
14.6
15.4
16.1
16.7
173
26
2
3.8
5.5
7.0
85
93
112
122
13.1
14.1
15.1
16.0
163
17.4
17.7
28
2
3.9
55
72
9.0
10.1
11.6 125
135
14.6
15.6
16.6
17.6
18.1
1&4
30
2
4
5.7
7.6
9.5
105
11.7
13.8
14.8
16.0
172
18.0 19.0 195
12.8
16.0
Capítulo 4
404
hl 4 2 Det ^ acióp de| [ie • - 1 •
Hp recorrí
Introducción al tráfico vertical
,■
-
v = 2 m/s
v = 2.5 m/s
v = 1 m/s
v = 1.6 m/s
3
6.1
5.4
5
4
6
9.1
7.4
65
5.2
3
9
12.1
9.4
8
6.4
4
12
15.1
11.4
95
7.6
5
15
18.1
13.4
11
8.8
18
21.1
15.4
125
10
21
24.1
17.4
14
11.2
24
27.1
19.4
155
12.4
27
30.1
21.4
17
13.6
30
33.1
23.4
185
14.8
33
36.1
25.4
20
16
39.1
27.4
215
17.2 18.4
n® de pisos
Distancia (m)
1 2
6
1
7
8 \ 9 \ 10 11
' \
12 13
39
42.1
29.4
23
14
42
45.1
31.4
245
19.6
15
45
48.1
33.4
26
20.8
16
48
51.1
35.4
275
22
17
51
54.1
37.4
29
232
18
54
57.1
39.4
3 05
24.4
19
57
60.1
41.4
32
25.6
20
60
63.1
43.4
3 35
26.8
También es importante determinar el tiempo que tarde el ascensor en recorrer una cierta distancia. Se establece mediante la Tabla 4.2 en fundón de la veloddad nominal del ascensor y del recorrido.
4 .2 .2
Tráfico de entrada
Para evaluar la situadón del tráfico de entrada se determinarán los siguientes parámetros: HC: o capaddad horaria, número de personas que pueden entrar en un determi nado edifido en una hora. 5 0 o número de personas que pueden entrar en un determinado edifido en dnco minutos Intervalo i: tiempo de espera En general, HC y 5C son parámetros que marcan la capaddad de la instalaaón de elevadón y están acotados según el tipo de edifido. Por ejemplo en un edifido de
4.2 Ascensores y montacargas
405
oficinas, se calcula que deben entrar el 10% de la población en cinco minutos. Dicho de otro modo: 5C > 10% Población El intervalo también está acotado. Normalmente se estima que debe estar com prendido entre 30 y 35 segundos. El procedimiento de cálculo es el siguiente: Primeramente se establece el tiempo que el ascensor permanece parado en un determinado ciclo. Este tiempo se compone de: Tiempo de entrada de pasajeros en la planta baja (Iq ). El tiempo se estima en 8 segundos como tiempo mínimo suponiendo que el número de pasajeros es 8, o menor que 8, por cada pasajero que exceda de 8, se añade la cantidad de 0.8 segun dos por pasajero. Es decir si el ascensor esta diseñado para 15 pasajeros: to = 8 s + 7 x 0 .8 s = 13.6 s Tiempo de transfer o salida de los pasajeros de la cabina (tt). Se estima en 2 segundos por cada parada. Se calcula multiplicando el número de paradas proba bles por 2 segundos. Tiempo de apertura y cierre puertas (tp). Se calcula multiplicando el n° de para das probables +1 por el tiempo unitario de apertura y cierre. Este se calcula en fun ción de la anchura de puerta y del tipo de apertura:
:
Tabla 4 .3 Tiempos de apertura y cierrt
Anchura (mm)
Apertura telescópica(s)
Apertura central (s)
900
6.6
4.1
1100
7
4.6
1200
7.7
53
1400
8.8
6.0
1600
9.9
6.5
El tiempo de parada se calcula mediante la expresión: (ti) = ((to) + (tt) + (tp ))x l.l
(4.2)
Se introduce una inefidencia del 10%. Tiempo de subida ( t j o tiempo que el ascensor tarda en subir hasta el piso más superior. Se calcula multiplicando el n° de paradas probables por el tiempo de subida entre dos paradas probables consecutivas.
406
Capítulo 4
Introducción al tráfíco vertical
Tiempo de bajada (t^) o tiempo que tarda el ascensor en bajar. Se calcula entrando directamente en la Tabla 4.2. El tiempo de marcha se calcula mediante la expresión:
(t2)=(g+(tb)
El tiempo total se determina por (t) = 0 i) + (t2) La capacidad horaria, HC, viene dada por: HC = n° ascensores x n° pasajeros por viaje x 3600/(t) La capacidad en dnco minutos, 5C viene dada por: 5C = n° ascensores x n° pasajeros por viaje x 300/(t) y finalmente el intervalo i: i = (t)/n° ascensores
Ejemplo 4.1 Enunciado Calcular el número ascensores que han de implantarse en un edifido de 12 pisos superiores para que el numero de personas que puedan entrar en el edificio en dnco minutos (5C) sea 80 y el intervalo i esté comprendido entre 30 y 35 segundos. Solución Vamos a suponer que implantamos ascensores.de 630 kg de cai^a nomi nal con 900 mm de ancho de puerta, de manera que el número de pasajeros por viaje es 8 (Tabla 2.1). El número de paradas probables para 8 pasajeros y 12 pisos superiores es 6 (Tabla 4.1). El tramo de subida entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3m x 12/6 = 4 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 42): tiempo (pp) para 1.6 m /s y 4 m = 6.1 s
407
42 A scensores y m ontacargas
El tramo de bajada es: tramo (pp) = 3m x 12 = 36 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 36 m = 27.4 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 900 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.1 s
Cálculo d e tiem pos en parada Tiempo en piso bajo (8 pasajeros) Tiempo transfer (6 x 2)
8s 12 s
Tiempo apertura puertas ((6+1) x 4.1)
28.7 s
Tiempo total
48.7 s
10%
4.87 s
Tiempo total en parada
53.57 s
Cálculo d e tiem pos en marcha Tiempo de subida (7.4 x 6)
44.4 s
Tiempo de bajada
27.4 s
Tiempo total
12537 s
(5C) = 8 x 300/12537 = 19.14 personas/5 min % Luego el número de ascensores necesario será: n° ascensores = 80/19.14 = 4.17 = 5 ascensores siendo el (5C) definitivo: (5C) = 5 x 8 x 300/125.37 = 19.14 personas/5 min y el intervalo será: i = 12 5 .3 7 /5 = 25.074 s
408 4 .2 .2 .1
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
La fiexibilización de horarios
Este aspecto es muy importante desde el punto de vista de mejora de tráfico verti cal, ya que se puede aumentar el rendimiento de la instalación si se aprovecha el viaje de bajada, para bajar pasajeros que disponen de otro horario. En todos los casos el rendimiento aumenta.
Ejemplo 4.2 Enunciado Calcular el número de ascensores que han de implantarse en un edifi cio de 12 pisos superiores para que el número de personas que puedan entrar en el edificio en cinco minutos (5C) sea 80 y el intervalo i esté comprendido entre 30 y 35 segundos. Supóngase que mediante una estrategia de tráfico flexible, suben 10 pasajeros y baja 1. Solución Vamos a suponer que implantamos ascensores de 800 kg de carga nomi nal con 900 mm de ancho de puerta, de manera que el número de pasajeros por viaje es 11. El número de paradas probables de subida para 10 pasajeros y 12 pisos superio res es 7 (Tabla 4.1). El número de paradas probables de bajada para 1 pasajero y 12 pisos superiores es 1 (Tabla 4.1). El tramo de subida entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 12/7 = 5.1 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 5.1 m = 6.8 s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 12/2 = 18 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m /s y 18 m = 15.4 s
42 Ascensores y montacargas
409
El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 900 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.1 s Cálculo d e tiempos en parada Tiempo en piso bajo (10 pasajeros)
9.6 s
Tiempo transfer subida (7 X 2)
14 s
Tiempo apertura puertas ((7+l)X4.1)
32.8 s
Tiempo transfer bajada ((4+1) XI)
5s
Tiempo apertura puertas (IX 4.1)
4.1 s
Tiempo total
64.5 s
10%
6.45 s
Tiempo total en parada
70.95 s
Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida (6.8 x 7)
47.6 s
Tiempo de bajada (15.4 x 2)
30.8 s
Tiempo total
149.35 s (5C) = (10+1) x 300/149.35 = 20.09 personas/5 min
Luego el número de ascensores necesario será: % n° ascensores = 80/22.09 = 3.62 = 4 ascensores y el intervalo será: i =149.35/4 = 3733 s Se ha visto como el (5C) es prácticamente similar al caso anterior, aprovechándose en este caso el viaje de bajada para descender 1 pasajero, aliviándose el flujo de salida.
4 .2 .2 .2
Utilización de ascensores que suben a zonas parciales
Es una técnica utilizada ocasionalmente. No se registran ventajas sustanciales, ya que aunque el (5C) aumenta, también aumenta el intervalo de espera, i.
410
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Ejemplo 4.3 Enunciado Partiendo de cuatro ascensores que han de implantarse en un edificio de 12 pisos superiores, estudiar la posibilidad de implantar dos ascensores que recorran los pisos B, 1,2,3, 4, 5 y 6 y otros dos que recorran los pisos B, 7, 8,9,10, 11 y 12, para que el numero de personas que puedan entrar en el edificio en cinco minutos (5C) sea 80 y el intervalo i esté comprendido entre 30 y 35 segundos.
Solución Vamos a suponer que implantamos ascensores de 630 kg de carga nomi nal con 900 mm de ancho de puerta, de manera que el número de pasajeros por viaje es 8 (Tabla 2.1).
Grupo I. Ascensores que recorren los pisos B, 1, 2, 3, 4, 5 y 6 El número de paradas probables para 8 pasajeros y 6 pisos superiores es 5 (Tabla 4.1). El tramo de subida entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 6/5 = 3.6 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 3.6 m = 5.8 s El tramo de bajada es: tramo (pp) = 3 m x 6 = 18 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 18 m = 15.4 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 900 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.1 s Cálculo d e tiempos en parada Tiempo en piso bajo (8 pasajeros) Tiempo transfer (5 x 2) Tiempo apertura puertas ((5 + 1) x 4.1)
8s 10 s 24.6 s
411
42 A scensores y montacargas
Tiempo total
42.6 s
10 %
4.26 s
Tiempo total en parada
46.86 s
Cálculo d e tiempos en marcha Tiempo de subida (5.8 x 5)
29 s
Tiempo de bajada
15.4 s
Tiempo total
91.26 s (5C) = 2 x 8 x 300/91.26 = 52.59 personas/5 min
y el intervalo será: i = 91.26/2 = 45.63 s Grupo II. Ascensores que recorren los pisos B, 7, 8, 9 , 1 0 , 1 1 y 12 El número de paradas probables para 8 pasajeros y 6 pisos superiores es 5 (Tabla 4.1). El tiempo de silbida "express" del piso B al 7 es: tramo = 3 x 7 = 21 m Para este tramo, el tiempo es 17.4 s. El tramo de subida entre dos paradas probables consecutivas (del piso 7 al 12) es: tramo (pp) = 3 m x 5/( 5-1) = 3.75 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 3.75 m = 5.9 s El tramo de bajada es: tramo (pp) = 3 m x l 2 = 36m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1. 6m/sy36m = 27.4 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 900 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.1 s.
Capítulo 4
412
Introducción al tráfico vertical
Cálculo de tiempos en parada Tiempo en piso bajo (8 pasajeros)
8s
Tiempo transfer (5 x 2)
10 s
Tiempo apertura puertas ((5 + 1) x 4.1)
24.6 s
Tiempo total
42.6 s
10%
4.26 s
Tiempo total en parada
46.86 s
Cálculo d e tiempos en marcha Tiempo de subida "express"
17.4 s
Tiempo de subida ((5 + 1) x 5.9)
23.6 s
Tiempo de bajada
27.4 s
Tiempo total
115.26 s (5C) = 2 x 8 x 300/115.26 = 41.64 personas/5 min
y el intervalo será: i = 115.26/2 = 57.63 s Luego el (5C) total será: ( 5 0 2 ^ = 52.59 + 41.64 = 94.23 y el intervalo:
h zonas = (45-63+ 57.63)/2 = 51.63 s Se aprecia con respecto al ejemplo 4.1, que con cuatro ascensores en lugar de cinco, el (5C) se mantiene, si bien el intervalo se duplica.
4 .2 .2 .3
Tráfico dividido en pisos pares e im pares
Otra solución es la adoptada, dividiendo el edificio en pisos pares e impares. Como veremos a continuación, es una opción ineficiente porque el (5C) apenas aumenta, y sí lo hace el intervalo de espera.
413
4 2 A scensores y m ontacargas
Ejemplo 4.4 Enunciado Partiendo de cuatro ascensores que han de implantarse en un edificio de 12 pisos superiores, estudiar la posibilidad de tener dos ascensores que recorran los pisos pares e impares, para que el numero de personas que puedan entrar en el edificio en cinco minutos (5C) sea 80.
Solución Vamos a suponer que implantamos ascensores de 630 kg de carga nomi nal con 900 mm de ancho de puerta, de manera que el número de pasajeros por viaje es 8.
Grupo I. Ascensores que recorren los pisos B, 2, 4, 6, 8,10 y 12 El número de paradas probables para 8 pasajeros y 6 pisos superiores es 5 (Tabla 4.1). El tramo de subida entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 12/5 = 7.2 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 7.2 m = 8.2 s El tramo de bajada es: tramo (pp) = 3 m x 12 = 36 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 36 m = 27.4 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 900 mm de ancho y aper tura central (Tabla 43) es 4.1 s. Cálculo de tiempos en parada Tiempo en piso bajo (8 pasajeros) Tiempo transfer (5 x 2)
8s 10 s
Tiempo apertura puertas ((5+ l ) x 4.1)
24.6 s
Tiempo total
42.6 s
Capítulo 4
414
Introducción al tráfico vertical
4.26 s
10%
46.86 s
Tiempo total en parada Cálculo de tiempos en marcha
41 s
Tiempo de subida (8.2 x 5)
27.4 s
Tiempo de bajada
115.26 s
Tiempo total
(5C) = 2 x 8 x 300/115.26 = 41.64 personas/5 min y el intervalo será: i = 11526/2 = 57.63 s
Grupo II. Ascensores que recorren los pisos B, 1, 3, 5, 7, 9 y 11 El número de paradas probables para 8 pasajeros y 6 pisos superiores es 5 (Tabla 4.1). El tiempo de subida "express" del piso B al 1 es: tramo = 3 x 1 = 3 m. Para este tramo, el tiempo es 5.4 s El tramo de subida entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 10/(5 - 1 ) = 7.5 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 7.5 m = 8.4 s El tramo de bajada es: tramo (pp) = 3 m x l l = 3 3 m Para este tramo, el tiempo transcurrido es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 33 m = 25.4 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 900 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.1 s
415
42 A scensores y montacargas
Cálculo de tiempos en parada Tiempo en piso bajo (8 pasajeros)
8s
Tiempo transfer (5 x 2)
10 s
Tiempo apertura puertas ((5 + 1) x 4.1)
24.6 s
Tiempo total
42.6 s
10%
4.26 s
Tiempo total en parada
46.86 s
Cálculo de tiempos én marcha Tiempo de subida "express"
5.4 s
Tiempo de subida ((5 -1 ) x 8.4)
33.6 s
Tiempo de bajada
25.4 s
Tiempo total
111.26 s (5C) = 2 x 8 x 300/111.26 = 43.14 personas/5 min
y el intervalo será: i =111.26/2 = 55.63 s Luego el (5C) total será: (5C)2 zonas = 41.64 4- 43.14 = 84.78 y el intervalo: ¡2 zonas
= (57-63 + 55.63)/2 = 56.63 s
Se aprecia como el (5C) disminuye ligeramente, y el intervalo de espera aumenta considerablemente. Como conclusión se puede afirmar que la flexibilización de entradas permite aumentar la eficiencia de la instalación de forma considerable. La opción de implantar ascensores que suban a diversas zonas aumenta la capa cidad de la instalación a cosía de aumentar los tiempos de espera. Finalmente, la disposición de acceso a pisos pares e impares es deficiente ya que la capacidad disminuye y los tiempos de espera aumentan notablemente. Es importante subrayar que la revisión de los cálculos del tráfico de subida puede remarcar la importancia de los diversos tiempos parciales, incidiendo sobre
416
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
cada uno de ellos de forma adecuada (disminuyendo tiempos de cierre, mejorando los accesos...) aumentaremos la eficiencia de nuestra instalación.
4 .2 .3
Tráfico de salida
Para evaluar la situación del tráfico de salida se determinarán, tal como se hizo para tráfico de entrada, los siguientes parámetros: HC: o capacidad horaria, número de personas que pueden salir de un determi nado edificio en una hora. 5C: o número de personas que pueden salir de un determinado edificio en cinco minutos Intervalo i: tiempo de espera En general, HC y 5C son parámetros que marcan la capacidad de la instalación de elevación y están acotados según el tipo de edificio. Por ejemplo en un edificio de oficinas, se calcula que debe salir el 10% de la población en cinco minutos. Dicho de otro modo: 5C > 10% población El intervalo también está acotado. Normalmente se estima que debe estar compren dido entre 40 y 50 segundos. Dado que en la operación de bajada, una proporción importante de pasajeros, se dirige a la planta baja, en este caso, el numero de paradas probables se corrige, mul tiplicando el valor obtenido de la Tabla 4.1 por 0.75. Es decir se toma un 75% de las paradas probables que se tomaban para el tráfico de entrada. El procedimiento de cálculo es el siguiente: En primer lugar se establece el tiempo que el ascensor permanece parado en un determinado ciclo. Este tiempo se compone de: Tiempo de transfer o salida de los pasajeros de la cabina (tt). Se estima en 4 segundos por cada parada. Se calcula multiplicando el número de paradas proba bles por 4 segundos. Se añade 0.6 segundos por cada pasajero que exceda de los 6 pasajeros por parada. Por ejemplo, si en tres paradas bajan 25 pasajeros t, = 3 x 4 + 7 x 0.6 = 16.2 s Tiempo de salida de pasajeros en la planta baja (íq). El tiempo se estima en 6 segundos como tiempo mínimo suponiendo que el número de pasajeros es 6, o menor que 6, por cada pasajero que exceda de 6, se añade la cantidad de 0.6 segun dos por pasajero. Es decir si el ascensor esta diseñado para 15 pasajeros: tg = 6 s + 9 x 0.6 s = 11.4 s
417
4.2 Ascensores y m ontacargas
Tiempo de apertura y cierre puertas (tp). Se calcula multiplicando el n° de paradas probables en bajada (75%) +1 por el tiempo unitario de apertura y cierre. Éste se cal cula en función de la anchura de puerta y del tipo de apertura (Tabla 43). El tiempo de parada se calcula mediante la expresión: (t1) = ((t0) + (tt) + (tp) ) x l .l Se introduce una inefíciencia del 10%. Tiempo de subida (1^) o tiempo que el ascensor tarda en subir hasta el piso más superior. Se calcula entrando directamente en la Tabla 4.2. Tiempo de bajada (tb) o tiempo que tarda el ascensor en bajar. Se calcula multi plicando el n° de paradas probables en bajada (75%) por el tiempo de bajada entre dos paradas probables consecutivas. El tiempo de marcha se calcula mediante la expresión:
(t2) = (ts) + (tb) El tiempo total se determina pon (t) = (tj) + (t2) La capacidad horaria, HC, viene dada por: HC = n° ascensores x n° pasajeros por viaje x 3600/(t) La capacidad en cinco minutos, 5C, viene dada por 5C = n° ascensores x n° pasajeros por viaje x 300/ (t) y finalmente el intervalo i: i = (t)/n° ascensores
Ejemplo 4.5 Enunciado ¿Cuántos ascensores es necesario instalar para desalojar el 11% de 1000 personas en cinco minutos en un edificio de 14 pisos superiores? La puerta tiene una anchura de 1100 mm.
418
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Solución Vamos a utilizar ascensores de 1250 kg de carga nominal, elevando en cada viaje 16 personas. El número de paradas probables para 16 pasajeros y 14 pisos superiores es 9.7 (Tabla 4.1). Luego el número de paradas probables en bajada es: 9.7 x 0.75 = 7.275 El tramo de subida es: tramo (pp) = 3 m x 14 = 42 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp)para 1.6 m/s y 42m = 31.4s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 14/7.275 = 5.77 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 5.77 m = 7.25 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 1100 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.6 s Cálculo d e tiempos en parada Tiempo en piso bajo (6 + 10 x 0.6) Tiempo transfer (7.275 x 4)
12 s 29.1 s
Tiempo a. puertas ((7275 +1) x 4.6)
38.06 s
Tiempo total
79.16 s
10%
7.916 s
Tiempo total en parada
87.07 s
Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida Tiempo de bajada (7.25 x 7.275) Tiempo total
31.4 s 52.74 s 17121 s
(5C) = 16 x 3 0 0 /1 7 1 2 2 = 28.03 personas/5 min
4.2 Ascensores y montacargas
419
Luego el número de ascensores necesario será: n° ascensores = 110/28.03 = 3.924 = 4 ascensores siendo el (5C) definitivo: (5C) = 4 x 16 x 300/171.21 =112.13 personas/5 min y el intervalo será: i = 171.21/4 = 42.8 s
Ejemplo 4.6 Enunciado ¿Cuántos ascensores es necesario instalar para en un colegio de cuatro pisos superiores en el que se distribuyen de forma uniforme 400 alumnos para des alojarlos en 20 minutos? La velocidad de los ascensores es de 1 m/s. Solución Vamos a utilizar ascensores de 1000 kg de carga nominal, elevando en cada viaje 13 personas. El (5C) a obtener debe ser: (5C) = 400/4 = 100 personas en 5 minutos. El número de paradas probables para 13 pasajeros y 4 pisos superiores la vamos a tomar 4 como caso más desfavorable. El tramo de subida es: tramo (pp) = 3 m x 4 = 12m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 12 m = 15.1 s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 4/4 = 3 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1 m/s y 3 m = 6.1 s . El tiempo de apertura de pueftas por cada parada es para 1100 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.6 s '
Capítulo 4
420
Introducción al tráfico vertical
Cálculo de tiempos en parada 10.2 s
Tiempo en piso bajo (6 + 7 x 0.6) Tiempo transfer (4 x 4)
16 s
Tiempo a. puertas ((4 +1) x 4.6)
23 s
Tiempo total
492 s
10 %
4.92 s 54.12 s
Tiempo total en parada Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida
15.1 s
Tiempo de bajada (6.1 x 4)
24.4 s 93.62 s
Tiempo total
(5C) = 13 x 300/93.62 = 41.65 personas/5 min Luego el número de ascensores necesario será: n* ascensores = 100/41.65 = 2.4 = 3 ascensores siendo el (5C) definitivo: (5C) = 3 x 13 x 300/93.62 =125 personas/5 min y el intervalo será: i = 93.62/3 = 31.2 s
Ejemplo 4.7 Enunciado Realizar el cálculo de una instalación por zonas en un edificio de 9 pisos superiores en el que se han implantado cuatro ascensores de 1250 kg. La velo cidad de cada ascensor es de 1.6 m/s. La puerta tiene una anchura de 1100 mm. Solución
El esquema de zonas es:
Grupo I: pisos B, 8 y 9 Grupo II: pisos B, 6 y 7 Grupo III: pisos 4 y 5 Grupo IV: pisos B, 1, 2 y 3 Vamos a utilizar ascensores de 1250 kg de carga nominal, elevando en cada viaje 16 personas.
i
42 Ascensores y montacargas
421
Grupo I. Ascensores que recorren los pisos B, 8 y 9 El número de paradas probables para 16 pasajeros y 2 pisos superiores es 27 (Tabla 4.1). El tramo de subida es: tramo (pp) = 3 m x 9 = 27m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1. 6m/sy27m = 21.4s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas (de piso 9 a 8) es: tramo (pp) = 3 m x 2/2 = 3 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 3 m = 5.4 s El tramo de bajada entre desde el piso 8 al B es: tramo (pp) = 3 m x 8 = 24m Para este tramo, el tiempo transcurrido es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 24 m = 19.4 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 1100 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.6 s Cálculo de tiempos en parada Tiempo en piso bajo (6 + 10 x 0.6)
12 s
Tiempo transfer (2 x 4 + 4 x 0.6)
10.4 s
Tiempo a. puertas ((2+1) x 4.6)
13.8 s
Tiempo total
36.2 s
10%
Tiempo total en parada
3.62 s 39.82 s
Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida Tiempo de bajada (piso 9 Lv8)
21.4 s 5.4 s
422
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Tiempo de bajada (piso 8 a B)
19.4 s
Tiempo total
86.02 s (5C) = 16 x 300/86.02 = 55.8 personas/5 min
y el intervalo será: i = 86.02 s Grupo II. Ascensores que recorren los pisos B, 6 y 7 El número de paradas probables para 16 pasajeros y 2 pisos superiores es 27 (Tabla 4.1). El tramo de subida es: tramo (pp) = 3 m x 7 = 21m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 21 m = 17.4 s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas (de piso 7 a 6) es: tramo (pp) = 3 m x 2/2 = 3m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 3 m = 5.4 s El tramo de bajada entre desde el piso 6 al B es: tramo (pp) = 3 m x 6 = 18m Para este tramo, el tiempo transcurrido es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1 . 6 m/s y l 8 m = 15.4 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 1100 mm de ancho y aper tura central (Tabla 43) es 4.6 s Cálculo de tiempos en parada Tiempo en piso bajo (6 +10 x 0.6)
12 s
Tiempo transfer (2 X 4 + 4 x 0.6) Tiempo a. puertas ((2 +1) x 4.6)
10.4 s r
13.8 s
4.2 A scensores y montacargas
423
Tiempo total
36.2 s
10%
3.62 s
Tiempo total en parada
39.82 s
Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida
17.4 s
Tiempo de bajada (piso 7 a 6)
5.4 s
Tiempo de bajada (piso 6 a 6)
15.4 s
Tiempo total
78.02 s (5C) = 16 x 300/78.02 = 61.52 personas/5 min
y el intervalo será: i = 78.02 s Grupo III. Ascensores que recorren los pisos B, 4 y 5 El número de paradas probables para 16 pasajeros y 2 pisos superiores es 27 (Tabla 4.1). El tramo de subida es: tramo (pp) = 3 m x 5 = 15m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 15 m =13.4 s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas (de piso 5 a 4) es: tramo (pp) = 3 m x 2 / 2 = 3 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 3 m = 5.4 s El tramo de bajada entre desde el piso 4 al B es: tramo (pp) = 3 m x 4 = 12m Para este tramo, el tiempo transcurrido es (Tabla 4.2): tiempo (pf) para 1.6 m/s y 12 m = 11.4 s
424
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 1100 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.6 s Cálculo de tiempos en parada Tiempo en piso bajo (6 + 10 x 0.6)
12 s
Tiempo transfer (2 x 4 + 4 x 0.6)
10.4 s
Tiempo a. puertas ((2 +1) x 4.6)
13.8 s
Tiempo total
36.2 s
10%
3.62 s
Tiempo total en parada
39.82 s
Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida
13.4 s
Tiempo de bajada (piso 5 a 4)
5.4 s
Tiempo de bajada (piso 4 a B)
11.4 s
Tiempo total
70.02 s (5C) = 16 x 300/70.02 = 68.55 personas/5 min
y el intervalo será: i = 70.02 s Grupo IV. Ascensores que recorren los pisos B, 1, 2 y 3 El número de paradas probables para 16 pasajeros y 3 pisos superiores es 3 (Tabla 4.1). El tramo de subida es: tramo (pp) = 3 m x 3 = 9 m I Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 9 m = 9.4 s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas (de piso 3 a B) es: tramo (pp) = 3 m x 3/3 = 3m
4.2 A scensores y montacargas
425
Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 3 m = 5.4 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 1100 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.6 s Cálculo d e tiempos en parada Tiempo en piso bajo (6 +10 x 0.6)
12 s
Tiempo transfer (3 x 4)
12 s
Tiempo a. puertas ((3 +1) x 4.6)
18.4 s
Tiempo total
42.4 s
10%
4.24 s
Tiempo total en parada
46.64 s
Cálculo d e tiempos en marcha Tiempo de subida
9.4 s
Tiempo de bajada (3 x 5.4)
162 s
Tiempo total
72.24 s (5C) = 16 x 300/72.24 = 66.44 personas/5 min
y el intervalo será: i = 72.24 s Luego el (S C ),^ será: (55.8 + 61.52 + 68.55 + 66.44) = 252.31 i = (86.02 + 78.02 + 70.02 + 72.24)/4 = 76.575 s
Ejemplo 4.8 Enunciado Realizar el cálculo de una instalación en un edificio de 9 pisos superio res en el que se han implantado cuatro ascensores de 1250 kg. La velocidad de cada ascensor es de 1.6 m/s. La puerta tiene una anchura de 1100 mm. Comparar los resultados con los obtenidos en el ejemplo anterior.
426
Capítulo 4
Introducción at tráfico vertical
Solución Vamos a utilizar ascensores de 1250 kg de caiga nominal, elevando en cada viaje 16 personas. El número de paradas probables para 16 pasajeros y 9 pisos superiores es 7.6 (Tabla 4.1). Luego el número de paradas probables en bajada es: 7.6 x 0.75 = 5.7 El tramo de subida es: tramo (pp) = 3 m x 9 = 27m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 27 m = 21.4 s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 9/5.7 = 4.73 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 4.73 m = 6.55 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 1100 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.6 s Cálculo de tiempos en parada Tiempo en piso bajo (6 +10 x 0.6) Tiempo transfer (5.7 x 4)
12 s 22.8 s
Tiempo a. puertas ((5.7 + 1) x 4.6)
30.82 s
Tiempo total
65.62 s
10%
6.562 s
Tiempo total en parada
72.182 s
Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida Tiempo de bajada (5.7 x 655) Tiempo total
21.4 s 37.335 s 130.917 s
(5C) = 4 x 16 x 3 0 0 /130.917 = 146.65 person as/5 min
4.2 A scensores y montacargas
427
y el intervalo será: i = 130.917/4 = 32.73 s Luego los resultados de estos dos ejemplos son los siguientes Tipo instalación todos a todos pisos por zonas
(5C)
i(s)
130.917
32.73
253.31
76.575
Es decir, con la instalación por zonas, la capacidad prácticamente se duplica pero el intervalo de espera se multiplica por 23.
4 .2 .4
Tráfico bidireccional
Para evaluar la situación del tráfico en los dos sentidos se determinarán los siguien tes parámetros: HC o capacidad horaria, número de personas que pueden entrar y salir de un determinado edificio en una hora. 5C: o número de personas que pueden entrar y salir de un determinado edificio en cinco minutos Intervalo i: tiempo de espera Mientras que en la operación de subida, el número de paradas probables se toma directamente de la Tabla 4.1, en la operación de bajada, dado que una proporción importante de pasajeros, se dirige a la planta baja, el numero de paradas probables se corrige, multiplicando el valor obtenido de la Tabla 4.1 por 0.75. Es decir se toma un 75% de las paradas probables que se toman para el tráfico de entrada. El procedimiento de cálculo es el siguiente: Primeramente se establece el tiempo que el ascensor permanece parado en un determinado cido. Este tiempo se compone de: Tiempo de entrada de pasajeros en la planta baja (t0). El tiempo se estima en 8 segundos como tiempo mínimo suponiendo que el número de pasajeros que entra es 8, o menor que 8, por cada pasajero que entra que exceda de 8, se añade la canti dad de 0.8 segundos por pasajero. Por otra parte a este tiempo se le suma el corres pondiente a los pasajeros que salen que se estima en 8 segundos como tiempo mínimo suponiendo que el número de pasajeros que sale es 8, o menor que 8, por cada pasajero que sale que exceda de 8, se añade la cantidad de 0.8 segundos por
428
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
pasajero. Es decir si el ascensor esta diseñado para que entren doce pasajeros y sal gan otros doce: t o =8 s + 4 x 0 . 8 s + 8 s + 4 x 0 . 8 s = 22.4 s Tiempo de transfer de subida de los pasajeros de la cabina (tb). Se estima en 2 segundos por cada parada. Se calcula multiplicando el número de paradas proba bles por 2 segundos. Tiempo de transfer de bajada de los pasajeros de la cabina (t^). Se estima en 4 segundos por cada parada. Se calcula multiplicando el número de paradas probables en bajada (75%) por 4 segundos. Se añade 0.6 segundos por cada pasajero que exceda de los 6 pasajeros por parada. Por ejemplo, si en tres paradas bajan 25 pasajeros tt = 3 x 4 + 7 x 0.6 = 16.2 s Tiempo de apertura y cierre puertas en subida (tp,.). Se calcula multiplicando el n° de paradas probables + 1 por el tiempo unitario de apertura y cierre. Este se calcula en fundón de la anchura de puerta y del tipo de apertura (Tabla 4.3) Tiempo de apertura y cierre puertas en bajada (tpj,). Se calcula multiplicando el n° de paradas probables en bajada (75%) por el tiempo unitario de apertura y derre. Este se calcula en fundón de la anchura de puerta y del tipo de apertura (Tabla 4.3) El tiempo de parada se calcula mediante la expresión: (ti) = ((to) + (tte) + (ttb) +(tps) + (tpb)) x M
Se introduce una ineficienda del 10%. Tiempo de subida (tg) o tiempo que el ascensor tarda en subir hasta el piso más superior. Se calcula multiplicando el n° de paradas probables por el tiempo de subida entre dos paradas probables consecutivas. Tiempo de bajada (tb) o tiempo que tarda el ascensor en bajar. Se calcula multi plicando el n° de paradas probables en bajada (75%) por el tiempo de bajada entre dos paradas probables consecutivas. El tiempo de marcha se calcula mediante la expresión: (t2) = ( g + 0 b ) El tiempo total se determina por: (t) = (t1)+ (t2) La capacidad horaria, HC viene dada por. HC = n° ascensores x n° pasajeros en subida y bajada por viaje x 3600/ (t)
4.2 Ascensores y montacargas
429
La capacidad en cinco minutos, 5C viene dada por: 5C = n° ascensores x n° pasajeros en subida y bajada por viaje x 300/(t) y finalmente el intervalo i: i = (t)/ n° ascensores
Ejemplo 4.9 Enunciado En un edificio de oficinas de 12 pisos donde trabajan 800 personas, se plantea un tráfico del 10% en cinco minutos en las dos direcciones. Dimensionar la instalación en términos de tráfico. Solución Vamos a suponer ascensores de 630 kg de carga nominal, en los que pue den viajar 8 pasajeros (4 suben y 4 bajan). La puerta es de 900 mm y de apertura cen tral. La velocidad de cada ascensor es 1.6 m/s. El número de paradas probables de subida para 4 pasajeros y 12 pisos superiores es 3.5 (Tabla 4.1). El número de paradas probables de bajada para 4 pasajeros y 12 pisos superiores es 3 5 (Tabla 4.1). Al ser una maniobra de bajada, éste se ve reducido en un 75%: N° paradas probables en bajada: 35 x 0.75 = 2.625 El tramo de subida entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 12/3.5 = 10.286 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m/s y 10.286 m = 1025 s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 12/(2.625 + 1) = 9.93 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1.6 m /s y 9.93 m = 10.02 s
430
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 900 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.1 s Cálculo de tiempos en parada Tiempo en piso bajo (8 pasajeros)
8s
Tiempo transfer subida (3.5 x 2)
7s
Tiempo apertura puertas ((3.5 +1) x 4.1)
18.45 s
Tiempo transfer bajada (2.625 x 4)
105 s
Tiempo apertura puertas (2.625 x 4.1)
10.76 s
Tiempo total
54.71 s
10%
5.471 s
Tiempo total en parada
60.181 s
Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida (10.14 x 3.5)
35.87 s
Tiempo de bajada (10 x 3.625)
36.32 s
Tiempo total
132.37 s (5C) = (4 + 4) x 300/132.37 = 18.13 personas/5 min
Luego el número de ascensores necesario será: n* ascensores = 80/18.13 = 4.41 = 5 ascensores y el intervalo será: i = 132.37/5 = 26.47 s
Ejemplo 4.10 Enunciado En un edificio oficial de 8 pisos donde trabajan 600 personas, se plantea un tráfico del 10% en cinco minutos en las dos direcciones. Dimensionar la instala ción en términos de tráfico. Solución Vamos a suponer ascensores de 630 kg de carga nominal, en los que pue den viajar 8 pasajeros (4 suben y 4 bajan). La puerta es de 900 mm y de apertura cen tral. La velocidad de cada ascensor es 1 m/s.
4.2 Ascensores y montacargas
431
El número de paradas probables de subida para 4 pasajeros y 8 pisos superiores es 3.3 (Tabla 4.1). El número de paradas probables de bajada para 4 pasajeros y 8 pisos superiores es 3.3 (Tabla 4.1). Al ser una maniobra de bajada, éste se ve reducido en un 75%: N° paradas probables en bajada: 3.3 x 0.75 = 2.475 El tramo de subida entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = j m x 12/3.3 = 727 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para l m / s y 7.27 m = 10.37s El tramo de bajada entre dos paradas probables consecutivas es: tramo (pp) = 3 m x 8/(2.475 + 1) = 6.9 m Para este tramo, el tiempo transcurrido entre dos paradas probables consecutivas es (Tabla 4.2): tiempo (pp) para 1 m/s y 6.9 m = 10 s El tiempo de apertura de puertas por cada parada es para 900 mm de ancho y aper tura central (Tabla 4.3) es 4.1 s Cálculo d e tiempos en parada Tiempo en piso bajo (8 pasajeros) Tiempo transfer subida (3.3 x 2) Tiempo apertura puertas ((3.3 + 1) x 4.1) Tiempo transfer bajada (2.475 x 4)
8s 6.6 s 17.63 s 9.9 s
Tiempo apertura puertas (2.475 x 4.1)
10.14 s
Tiempo total
52.27 s
10%
5.22 s
Tiempo total en parada
57.49 s
Cálculo de tiempos en marcha Tiempo de subida (1037 x 33)
34.22 s
Tiempo de bajada (10 x 3.475)
34.75 s
Tiempo total
.
126.46 s
(5C) = (4 + 4) x 300/125.79 = 19.08 p erson as/5 min
432
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Luego el número de ascensores necesario será: na ascensores = 60/18.97 = 3.16 = 4 ascensores y el intervalo será: i =126.46/4 = 31.61 s
4 .3
Escaleras mecánicas y rampas móviles
Las escaleras mecánicas constituyen sin duda el medio de transporte entre plantas más eficiente en términos de tráfico. Por este motivo, están presentes en práctica mente todos los edificios modernos donde este tipo de tráfico es importante. Nor malmente, no aparece solo, sino que se combina con el ascensor y la escalera tradicional, con objeto de distribuir el flujo y dar al usuario diversas alternativas. En la Tabla 4.4 se establece la relación entre el ancho de la escalera mecánica y el HC, o número de pasajeros que es capaz de transportar por hora Igualmente, en una larga lista de edificios de flujo elevado de pasajeros y de forma creciente, se esta instaurando la utilización de andenes móviles. En la Tabla 4 3 se establece la relación entre el ancho de un andén móvil y el HC, o número de pasajeros que es capaz de transportar por hora -—
^
Ancho (mm)
HC, N° pasajeros/hora
600
4050
800
6075
1000
8100
1-
u n m g y m o V ¡^ te ¡^ v .
Ancho Imm)
HC, N* pasajeros/hora
800
6075
1000
8100
1400
13500
4.3 Escaleras m ecánicas y rampas móviles
4 .3 .1
433
Tráfico de subida
Después de realizar el esquema del edificio, se determina la capacidad que debe tener la escalera, y según la Tabla 4.4, se determina su ancho.
Ejemplo 4.11 Enunciado Dimensionar la escalera mecánica de unos grandes almacenes de 4 plantas superiores, que tiene una población de 500 personas/piso. El requerimiento es que esta escalera debe permitir entrar al 20% de la población en 5 minutos. Según el enunciado del ejemplo, se puede realizar el siguiente esquema:
Piso
Población
20%
Población a transportar
4 3 2 1 B
500 500 500 500 500
100 100 100 100 100
100 200 300 400 -
Así,
en piso 4:
5C = 100 p/5min
HC = 1200 p/hora escalera ancho 600
en piso 3:
5C = 200 p /5min
HC = 2400 p/hora escalera ancho 600
en piso 2:
5C = 300 p/5min
HC = 3600 p/hora escalera ancho 600
en piso 1:
5C = 400p/5min
HC = 4800 p/hora escalera ancho 800
en piso B:
4 .3 .2
Tráfico de bajada
Se determina el tiempo de bajada, según la capacidad horaria de la escalera.
Capítulo 4
434
Introducción al tráfico vertical
Ejemplo 4.12 Enunciado Determinar el tiempo de salida de las 500 personas de cada piso. Solución Se va a tomar como hipótesis que cada pasajero consume 22 segundos en cada paso de una escalera a la inmediata. 500 personas en el piso 4: Tiempo en 500/4050 = 7.41 min t (piso 4o) = 7.41 min + 22 s x 4 = 7.41 +1.3 = 8.71 min 500 personas en el piso 3: Tiempo en 500/4050 = 7.41 min t (piso 3o) = 7.41 min + 22 s x 3 = 7.41 +1 = 8.41 min 500 personas en el piso 2: Tiempo en 500/4050 = 7.41 min t (piso 4o) = 7.41 min + 22 s x 2 = 7.41 + 0.6 = 8.01 min 500 personas en el piso 1: Tiempo en 500/6075 = 4.94 min t (piso 4o) = 4.94 min + 22 s x 1 = 4.94 + 0.3 = 4.97 min Tiempo total: 8.71 + 8.41 + 8.01 + 4.97 = 30.1 min Debería ser menor que 30 minutos. Si se implanta adicionalmente una escalera tra dicional, el tiempo ya disminuirá por debajo de los 30 minutos.
4 .3 .3
Tráfico bidireccional
Se aplican las técnicas vistas anteriormente de forma combinada.
Ejemplo 4. 13 Enunciado Dimensionar las escaleras mecánica de un centro comercial de 5 pisos superiores de superficie 2000 m2. Solución En un centro comercial se establece una densidad de población de 2 m2 por persona, piso y hora. Por lo tanto, la demanda será: demanda = 2000 m2 / 2 m2 = 1000 personas/piso y hora.
4.4 Los sistem as de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
435
en consecuencia se puede plantear el siguiente esquema: piso d em an d a
subida bajada
5o
2000
1000
1000
1 par escaleras de 600 mm; 4050 personas/hora
4o
2000
2000
2000
1 par escaleras de 600 mm; 4050 personas/hora
3o
2000
3000
3000
1 par escaleras de 600 mm; 4050 personas/hora
2o
2000
4000
4000
1 par escaleras de 600 mm: 4050 personas/hora
1°
2000
5000
5000
1 par escaleras de 800 mm; 6075 personas/hora
B
2000
-
-
4 .3 .4
La combinación entre escalera m ecánica y ascensor
Ambas instalaciones suelen estar presentes en la gran mayoría de edificios con trá fico importante entre pisos. La tendencia a utilizar por el usuario uno u otro medio depende evidentemente del número de pisos superiores. Esta relación se representa en la siguiente Tabla:
M
% u s u a r io s
e s c a le r a m e c á n ic a ■
ascen so r
1
90
10
2
75
25
3
50
50
4
25
75
5
10
90
.
4 .4
ü
% u s u a r io s
N ° p is o s s u p e r io r e s
...
Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
Los sistemas de inteligencia artificial se encuentran presentes en hoy en día en múltiples campos relacionados con la ciencia y la tecnología. Han dejado de consi derarse como algo reservado al diseño de sistemas inteligentes (robots, dispositivos controladores...) para convertirse en herramientas de apoyo que sirven de comple mento en la investigación.
436
Capítulo 4
Introducción al tráfíco vertical
Figura 4.16 Tour Granito que incorpora el sistema
Elcvonic (Otis) que incorpora un sistema de inteligencia artificial de tipo redes neurona les 11].
El estudio del tráfico vertical en sistemas de ascensores puede verse favorecido por las ventajas que aportan los sistemas de inteligencia artificial. Cada vez es mayor el número de aplicaciones que combinan las técnicas tradicionales con éstas de desarrollo más reciente. Las herramientas que se describen en este capítulo se caracterizan por obtener buenos resultados cuando se aplican a problemas de opti mización, alcanzando soluciones muy próximas a la óptima en un periodo breve comparado con otros métodos de optimización. Las técnicas que se introducen en este capítulo son las redes neuronales artificiales, la lógica borrosa y los algoritmos genéticos. Cada una de ellas es independiente de las otras, aunque pueden combinarse entre sí. Estas tres herramientas se caracterizan por estar inspiradas en el modo de proceder de la naturaleza y de los seres vivos.
4.4 Los sistem as de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
437
Figura 4.17 Kkxfelo Fujitec Sin Sala de Máquinas (Fusión Drive) de Mitsubishi que obedece a un sistema artificial de tipo lógica borrosa.
Las redes neuronales artificiales pretenden emular de modo simplificado la estructura del cerebro humano. Para ello, constan de múltiples elementos - neuro nas artificiales - que realizan una función simple, pero que se hallan densamente interconectadas. A través de esta copia de la estructura se espera reproducir las cua lidades del cerebro que más difíciles resultan de obtener por las computadoras actuales. Otis ha sacado al mercado el sistema Elevonic que incorpora un sistema de inteligencia artificial de tipo redes neuronales (Figura 4.16). La lógica borrosa procede de otra manera muy distinta; en lugar de copiar la estructura física del cerebro, reproduce el modo de razonar de éste, permitiendo el tratamiento de información redundante e imprecisa. Permiten modelar cualquier proceso no lineal e incorporar de manera sencilla el conocimiento de los expertos a través del soporte que proporciona la extensión de la lógica preposicional para conjuntos borrosos. Mitsubishi ha desarrollado el modelo Fujitec Sin Sala de Máquinas (Fusión Drive) que obedece a un sistema artificial de tipo lógica borrosa (Figura 4.17).
Capítulo 4
438
Introducción al tráfico vertical
Por último, los algoritmos genéticos imitan el proceso de evolución que se da en los seres vivos para adaptarse a un entorno de condiciones cambiantes. La idea que gobierna los algoritmos genéticos es la de permitir que las soluciones posibles a un problema se combinen entre sí para obtener en una posterior generación soluciones mejores. Debido a esta característica son muy empleados en problemas de optimi zación que resultan complicados debido a que se encuentran involucradas multitud de variables. En este capítulo se describen los fundamentos de estas tres técnicas y el camino detallado a seguir para desarrollar aplicaciones que las utilicen. También se discu ten las posibilidades de estas herramientas en el transporte vertical. Los sistemas de control de grupos de ascensores pretenden gestionar la opera ción conjunta de varias cabinas para transportar eficientemente a los pasajeros. Habitualmente, el algoritmo de control se ocupa de la asignación de un determi nado ascensor a una llamada de pasillo que se acaba de producir. Para realizar la asignación se consideran diversas variables como el tiempo medio de respuesta del sistema de ascensores, el tiempo medio de espera de los pasajeros y de viaje, el tiempo máximo de espera y de viaje, el número de pasajeros esperando en cada planta, etc. Además, la eficiencia de la estrategia de control empleada depende fuer temente del tipo de tráfico existente en cada momento en el edificio (predominante hacia arriba o hacia abajo, predominante entre plantas), pudiendo darse diversos patrones de tráfico a distintas horas del día (1). La complejidad de los algoritmos que satisfagan éstas y otras necesidades ha desembocado en la búsqueda de otras herramientas que permitan realizar esta tarea de una manera más sencilla. Estas herramientas están inspiradas en soluciones que la naturaleza ha encontrado para resolver complejos problemas.
4 .4 .1
Tráfico vertical
Una situación típica gestionada por un sistema de control de un grupo de ascenso res es la mostrada en la Figura 4.18. Un grupo de varios ascensores debe transportar a un grupo de pasajeros en un edificio con un determinado número de plantas. En el esquema de la figura, un círculo negro indica una llamada de cabina (un pasajero dentro del ascensor selecciona una planta de destino), un triángulo negro indica una llamada de pasillo asignada a un ascensor, y un triángulo blanco indica una lla mada de pasillo sin asignar a ninguna cabina. En un instante dado, los ascensores se encuentran atendiendo a llamadas producidas en una determinada planta, o en reposo, o atendiendo una llamada de cabina. Al producirse una nueva llamada de pasillo, el sistema de control debe escoger qué ascensor atenderá la nueva llamada. Para ello, debe considerar el trayecto que recorreria cada ascensor antes de atender la nueva llamada y el tiempo que le llevaría (lo que se traduce en el tiempo de espera del usuario), la capacidad de cada ascensor para permitir entrar a más pasa jeros, la probabilidad de que se produzcan nuevas llamadas entre la posición actual
4.4 Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
439
Va. m neuronas
A .
A .
C a p a d e s a lid a
y l>k' 0 h,
h neuronas
C a p a o c u lta
C a p a d e e n tr a d a
n neuronas
A
Figura 4.18 Ejemplo de sistema de control de ascensores en
funcionamiento.
del ascensor y la planta de destino, etc. De esta manera, el sistema debe estimar la idoneidad de cada cabina para atender a la llamada y seleccionar la más adecuada. La idoneidad se traduce en una función de evaluación que ayuda a decidir qué ascensor es el más adecuado. Esta función de evaluación depende de múltiples fac tores, sin conocerse la forma clara de esta dependencia, lo que hace que el enfoque tradicional no obtenga los mejores resultados.
4 .4 .2
Modelo de redes neuronales
Los modelos de redes neuronales artificiales o RNA son sistemas que emulan el comportamiento del cerebro, pretendiendo reproducir su capacidad en tarcas del mundo real a partir de imitar su estructura. Por tareas del mundo real se entiende todo aquello que los seres vivos realizan a diario como puede ser el reconocimiento de patrones, aprendizaje, visión, etc Este tipo de tareas resultan muy complicadas de resolver con una computadora convencional, donde un único y potente procesa dor opera en serie. Sin embargo, nuestro cerebro realiza estas tareas frecuentemente estando constituido por neuronas que realizan una tarea mucho más simple pero operando millones de ellas en paralelo. La idea es copiar la estructura del cerebro, creando un sistema que conste de múltiples procesadores simples (neuronas artificiales) densamente interconectados. Esta arquitectura dota al sistema de unas propiedades como son: autoorganización, distribución del conocimiento, capacidad de aprendizaje, procesamiento en para lelo, tolerancia a fallos, operadón en tiempo real, etc. El modelo de procesador elemental (o neurona artifidal) más utilizado suele ser el que se muestra en la Figura 4.19:
Capítulo 4
440
Introducción al tráfico vertical
La función que realiza esta unidad básica es la de realizar una suma ponderada de las entradas que recibe procedentes de otras neuronas vecinas, compararla con un umbral interno de disparo y activarse en menor o mayor grado según la función de activación que realice. Esto se expresa con la fórmula:
y¡(t) = F t f f a i t - l h a i i w p Xj(f))l) n
»j(0 = o,(uv, z^l)) =
n
= X " ’-)*1/ ' 1 = w.r ,x /*1
1-0
Esta es la expresión más general. La llamada función de transferencia f¡ puede ser de diversos tipos, originando neuronas distintas según sea de tipo escalón, lineal, lineal a tramos, sigmoidea, gaussiana, etc. Los múltiples procesadores elementales se disponen en una o varias capas y se determina un patrón de conexiones entre las neuronas. Un ejemplo típico es el de la Figura 4.20. Unas topologías resultan más adecuadas que otras según la aplicación para la que se diseñe la red, pudiendo haber conexiones laterales entre neuronas de la misma capa, conexiones de la capa de salida hada la de entrada, lo que confiere dis tintos comportamientos al sistema. Una diferenda al resolver un problema empleando una RNA en lugar de un ordenador es que una RNA no debe programarse sino que debe entrenarse. Esto significa que la red aprende a resolver el problema a partir de ejemplos, asodando unos patrones de entrada con unos de salida que resultarán ser los adecuados si el entrenamiento ha sido bueno. Así pues, el primer paso es codificar el problema en forma de patrones de entrada y los correspondientes patrones de salida. En el caso de querer emplear una RNA para realizar una tarea de dasificadón, deberían dis ponerse tantas neuronas de entrada como variables relevantes influyeran a la hora
4.4 Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
441
Capa de salida
Capa oculta
Capa de entrada
*?
de clasificar, y tantas neuronas de salida como posibles clases. El resto de la arqui tectura (número de capas ocultas y de neuronas en cada capa oculta) suele esco gerse de acuerdo a unos criterios empíricos, siendo necesario generalmente el ensayar distintas combinaciones. Inicialmente, las conexiones o pesos sinápticos entre neuronas tienen valores pequeños y aleatorios. Esto provoca que al presentar un patrón de entrada al sis tema, la salida obtenida no sea la deseada. Será un algoritmo de aprendizaje, usualmente iterativo, el que haga que los pesos se vayan ajustando hacia los valo res que resuelven satisfactoriamente el problema. Es en los pesos sinápticos donde se almacena el conocimiento al igual que sucede en nuestro cerebro, pues unas neuronas refuerzan su conexión con otras o la debilitan ante determinados estímulos externos. Hay que decir que una RNA es una herramienta que realiza un ajuste entradasalida en función de unos parámetros (pesos sinápticos y umbrales de disparo) que no tienen significado físico relacionado con el problema concreto que se desea resol ver. Esto convierte al sistema en una especie de caja negra, a la que se presenta una entrada y de la que se obtiene una salida. Una vez que la red neuronal ha sido debidamente entrenada, lo que suele ser el proceso más costoso, ya está lista para resolver el problema. Es en este punto donde se obtiene la característica más atrayente de la red, la capaddad de generalizadón. Esto quiere dedr que nuestro sistema será capaz de responder adecuadamente ante un conjunto de entradas que jamás hubiera visto en su etapa de entrenamiento, como si realmente hubiera aprendido a abstraer las caraderísticas más importantes entre los datos de entrada. Es esta característica lo que hace a las RNA adecuadas para tareas como la dasificadón de patrones y el diseño de controladores.
442
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Debido a que el conocimiento se halla distribuido en toda la red y al procesa miento en paralelo, se dota al sistema de otra capacidad impensable en los ordena dores como es la tolerancia a fallos en los datos de entrada y en el propio sistema. Una RNA es capaz de clasificar adecuadamente patrones que presentan ruido, y dar respuestas válidas aún habiéndose destruido una fracción de las conexiones. Esto hace que se empleen también en el procesado de señales y en visión artificial. El modelo neuronal que se emplea en el setenta por ciento de las aplicaciones que usan esta tecnología hoy en día es el que se conoce como Backpropagation (en realidad el nombre viene del algoritmo mediante el que aprende), que tiene una arquitectura del tipo de la mostrada en la figura anterior. El algoritmo de aprendi zaje es un proceso iterativo en el que se compara la salida obtenida con la esperada para los patrones de entrenamiento y se varían los pesos sinápticos según el método de descenso por el gradiente, buscando un punto que sea un mínimo global en la superficie multidimensional de error del sistema. Durante este entrenamiento, se va viendo que tal responde el sistema ante unos patrones de test que no se emplean en el entrenamiento para asegurarse que se consigue la generalización buscada.
4 .4 .3
Modelo de lógica borrosa
La lógica borrosa se comenzó a desarrollar en los años 60 por el profesor Lotfi A. Zadeh de la Universidad de California en Berkeley. Los sistemas basados en lógica borrosa emulan el modo de operar del cerebro cuando la información es vaga e imprecisa. El mayor campo de aplicación de la lógica borrosa es el desarrollo de sis temas de control conocidos como FLC (fuzzy logic controller). La teoria de conjuntos borrosos es una ampliación de la teoría de conjuntos clá sica. En la teoría clásica, la función pertenencia a un conjunto tiene dos posibles valores: verdadero o falso (1 ó 0). Sin embargo, la pertenencia a un conjunto borroso puede tomar cualquier valor entre 0 y 1, indicando distintos grados de pertenencia. Así pues, para un determinado valor lingüístico (como por ejemplo, la edad de una persona) se pueden asociar diversos conjuntos borrosos (como por ejemplo, joven, adulto y viejo). Cada conjunto borroso tiene definida una función pertenencia
Adulto
Viejo
Ej.pJoven(27) = 0.25 ^Adul.o(27) = 0.65
^ (2 7 ) =0 X (Edad)
Figura 4.21 Representación de una función según el modelo de lógica difusa.
4.4 Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
443
{membership fundían) que indica en qué grado un determinado valor pertenece a dicho conjunto. De este modo se reproduce mejor el mundo real, pues con la teoría de conjuntos clásica, deberíamos establecer una frontera fuerte entre los conjuntos, de modo que una edad de 25 años podría ser calificada como joven, y sin embargo 26 años podría no ser joven. Existen diversos tipos de funciones de pertenencia: triangulares, trapezoidales, singletones (un único punto), tipo p (con forma de campana), etc. resultando alguñas más adecuadas según la aplicación. Se pueden realizar operaciones borrosas entre conjuntos borrosos, siendo las básicas el complemento, la unión y la intersección:
Complemento Unión
V a U
-
=
Intersección
n ,d x ¡Ma<*)‘ Vb
minIMaM, pg(x)l
Estas definiciones pueden generalizarse, dando lugar a las llamadas Conormas y Normas que cumplen las leyes de Morgan de la lógic^clásica, y observándose que la teoría clásica puede considerarse un caso particular de la teoría borrosa. Las operaciones entre conjuntos posibilitan la inferencia y la aplicación de reglas borrosas, del tipo IF... THEN..., pudiendo tomar las proposiciones valores interme dios entre verdadero y falso. Un controlador basado en lógica borrosa consta de tres etapas: borrosificadón de las entradas, aplicadón de las. reglas borrosas y desborrosificación de la salida. Supongamos que queremos controlar un péndulo inverso. Tenemos como entradas el ángulo 0 que forma el péndulo con la vertical y su veloddad angular ü), y como salidas la fuerza F que debe ejercer el motor del carro para que el péndulo no caiga.
---->F
Figura 4.22 Modelo para controlar un péndulo inverso.
444
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Dividimos el universo de discurso de cada variable en cinco conjuntos borrosos: NG (negativo grande), NP (negativo pequeño), Z (cero), PP (positivo pequeño) y PG (positivo grande). A continuación, se crea la matriz de reglas borrosas que recoge el conocimiento de un experto:
e
' ' s a i
OI
rte J
N G ; : NG
NP
NP
NP
NP
N I*.;, NP
Z
PP
NP
Z
Z M • NP
PP
Z
PG
PP
r p ... Z
PP
PP
Z
PP
PP
PP
PP
PG
m
PP
■
Figura 4.23 Matriz de reglas borrosas.
Supongamos que en un instante tenemos unas entradas q = 10, w = -5 (por sim plicidad tomamos escaladas las variables de entrada y salida entre —100 y +100). El proceso realizado por el FLC es el siguiente: • Borrosifícación:
0 = 1 0 pertenece en un 0.4 a PP y en un 0.6 a Z
• Aplicación de las reglas borrosas: Por simplificar, sólo tendremos en cuenta dos reglas. Supondremos que la implicación borrosa se realiza mediante la regla del mínimo, y que se truncan los conjuntos borrosos de salida a los valores obte nidos de la premisa.
4.4 Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
445
R13: min {0.6. 0.8) = 0.6
R9
R9: min (0.4.0.2) = 0 2
Se procedería de igual modo con las demás reglas borrosas. • Desborrosificación: Para conocer el valor final de salida aplicamos el procedimiento de la media de centros.
Salida = 7.5 Corresponde a la media de centros del área sombreada (centro de gravedad).
Este es el esquema básico de un FLC, pero existen otros más complejos, capaces de optimizar sus conjuntos de reglas, la forma de las funciones de pertenencia, etc.
Capítulo 4
446
4 .4 .4
Introducción al tráfico vertical
Algoritmos genéticos
Los algoritmos genéticos son métodos adaptativos que se utilizan para resolver pro blemas de búsqueda y optimización. Están basados en los procesos genéticos que se dan en los organismos biológicos. Como expuso Charles Darwin en El origen de las esfHxies, las poblaciones de individuos evolucionan según los principios de selec ción natural y de supervivencia del individuo más idóneo. Imitando este proceso, los algoritmos genéticos son capaces de hacer evolucionar soluciones a problemas del mundo real, si estas soluciones han sido codificadas adecuadamente. Los principios básicos de los algoritmos genéticos fueron establecidos por Holland en 1975, y simulan aquellos procesos esenciales para láevolución de pobla ciones de seres vivos. Aunque los fundamentos son claros, todavía se investiga qué procesos biológicos son esenciales para la evolución. En la naturaleza, los individuos de una población compiten con los demás por comida, agua y refugio. Los mejores individuos tienen más posibilidades de super vivencia y de reproducción, mientras que los más débiles producirán poca o nin guna descendencia. Esto significa que los genes de los individuos que se adaptaron mejor se extenderán por las siguientes generaciones. La combinación de estas bue nas características de diferentes progenitores puede hacer que los hijos tengan mejor adaptación que los padres, haciendo que la especie evolucione adaptándose mejor a su entorno. Los algoritmos genéticos trabajan con una población de individuos en la que cada uno representa una posible solución a un problema dado. A cada individuo se le asigna una puntuación de idoneidad, según lo buena solución que represente. Por ejemplo, la puntuación en el caso de un laminado de material compuesto podría ser el cociente resistencia/peso asociado con un posible diseño del lami nado. Los individuos con mayor puntuación reciben mayores oportunidades para reproducirse al cruzarse con otros individuos. Esto produce nuevos individuos que comparten algunas características tomadas de cada uno de los padres. Por el contra rio, los miembros de la población con menor puntuación mueren sin producir des cendencia. Una nueva población de posibles soluciones se origina a partir de la selección de los mejores individuos y su emparejamiento. La nueva generación contiene una mayor proporción de las características que poseían los mejores miembros de la generación anterior. Siguiendo este proceso, tras muchas generaciones las mejores características se han extendido a toda la población, mezclándose e intercambián dose con otras buenas características. De este modo se exploran las zonas más pro metedoras del espado de búsqueda. Los algoritmos genéticos no garantizan que se encuentre la soluaón óptima global, pero sí que resultan una buena técnica encon trando soludones aceptables en un tiempo también aceptable.
4.4 Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
t
(I
1
0
0
0
1
0
1
l
447
1
0
Figura 4.24 Ejemplo de cromosoma que consta de 3 genes.
4 .4 .4 .1
Codificación
Para utilizar algoritmos genéticos es necesario poder representar una posible solución a un problema como un conjunto de parámetros. Por ejemplo, en la optimización de una instalación de transporte vertical, los parámetros podrían ser los tiempos de espera en cada uno de los ascensores que componen la instalación. Cada uno de los parámetros que constituyen la solución se denomina gen, y juntos constituyen un cromosoma. En la formulación inicial, para codificar cada parámetro se emplea un alfabeto binario. De este modo, se tiene una representación binaria (debidamente escalada) con el número de dígitos necesario para cada gen por separado, y el aspecto del cro mosoma es el de la Figura 4.24. Sin embargo, no está claro que la representación binaria sea mejor o peor que otras con un alfabeto de más símbolos [19]. En genética, el conjunto de parámetros representado por un cromosoma particu lar se denomina genotipo. El genotipo contiene la información necesaria para cons truir un organismo, que se denomina fenotipo. La idoneidad de un individuo depende de la evaluación del fenotipo, que se puede deducir del genotipo al apli carle la función de idoneidad. 4 .4 .4 .2
Función de idoneidad
La función de idoneidad debe especificarse para cada problema que se desee resol ver. Al aplicarse a un cromosoma devuelve un valor de idoneidad, que se supone proporcional a la capacidad del individuo representado por ese cromosoma. Para un problema de optimización numérica de una función, la idoneidad vendría dada por la función misma a optimizar. Sin embargo, en el caso del diseño de una instala ción de transporte vertical, se podría perseguir optimizar el conjunto de tiempos de espera los ascensores que la componen. Idealmente, se busca que la función de idoneidad sea una función suave y regu lar, de modo que los cromosomas con buena puntuación estén cerca de los que ten gan una puntuación algo mejor (en el espacio de parámetros). Lo que sucede es que para muchos problemas esto no es posible. Si se desea que la búsqueda funcione bien, deberían construirse funciones de evaluación que no tuvieran demasiados máximos locales o que no tuvieran un máximo global muy aislado. Otros inconvenientes se encuentran al abordar problemas de optimización combi natoria!, en los que es posible que debido a restricciones del problema algunos de los
Capítulo 4
448
Introducción al tráfico vertical
cromosomas no sean válidos y deban tener puntuación nula. Una posible solución es usar una función de castigo, en el que la idoneidad es del tipo (constante - castigo), donde castigo viene dado por el número de restricciones que viola el cromosoma. Cuando la función de idoneidad más adecuada es muy costosa de calcular, es posible emplear una aproximación, resultando más ventajoso evaluar más cromoso mas de forma aproximada con una función más sencilla que un cromosoma de manera exacta. 4 .4 .4 .3
Reproducción
Durante esta fase los individuos son seleccionados y recombinados, dando lugar a la descendencia que constituirá la siguiente generación. Existen varias técnicas para seleccionar a los individuos y asignarles probabili dades de reproducción. Lo más habitual es crear un "saco de apareamiento", donde se disponen copias de los individuos en función de su idoneidad. Los individuos de mayor idoneidad poseen más copias que los menos adaptados. Después, se escogen al azar parejas de individuos y se aparean. Esto se repite hasta que no quedan más en el saco. El comportamiento del algoritmo genético depende muy fuertemente de cómo se seleccionan los individuos que irán al saco de apareamiento, por lo que existen varias posibilidades: • Seleccionar solamente el mejor individuo. • Seleccionar unos pocos de entre los mejores. • Seleccionar todos con mayor probabilidad cuanto mejor sea su evaluación. • Seleccionar el individuo que tiene mejor evaluación de entre un grupo tomado al azar, etc. Una vez escogidos dos padres, sus cromosomas se recombinan usando los operado res genéticos de cruzamiento y mutación. En su forma más sencilla, el operador de cruzamiento toma dos individuos, corta sus cromosomas en un posición aleatoria, y empalma sus mitades cruzándolas según se aprecia en la Figura 4.25. El punto de
Segunda generación 1:
Primera generación 1:
m m
T I
rm on
T I h
d
Segunda generación 2:
Primera generación 2: Figura 4.25 Esquema del operador de cruzamiento.
4.4 Los sistem as de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
449
Primera generación
Segunda generación
Figura 4.26 Esquema del operador de mutación.
corte suele caer entre dos genes y conservarlos enteros, aunque es posible partir genes dando lugar a una dinámica más complicada. Generalmente, el operador cru zamiento se aplica con una probabilidad de valor típicamente entre 0.6 y 1.0. Si no se aplica el cruzamiento, los padres se copian sin alterarse a la siguiente generación. Por el contrario, la mutación se aplica con una probabilidad mucho menor (del orden de 0.001) a cada hijo, produciendo la alteración aleatoria de un gen por otro en la misma posición (Figura 4.26). Existen operadores de cruzamiento más complicados, como son el operador de cruzamiento por dos o más puntos, el cruzamiento uniforme, etc. La elección del operador de cruzamiento también tiene gran influencia en el rendimiento del algo ritmo genético. La función del operador mutación es la de permitir la búsqueda por todo el espacio de entrada, permitiendo localizar otros máximos que se encontraran alejados. En la optimización por algoritmos genéticos se dan dos características muy importantes: la exploración y la explotación. La exploración se refiere a buscar por todo el espado de variables de entrada, procurando no dejar ninguna región sin visitar, aunque sea vagamente. Esto se consigue en gran medida debido a la muta ción. Por otro lado, la explotadón se refiere a la búsqueda más exhaustiva que se produce en las zonas que resultan más prometedoras, debiéndose prindpalmente al cruzamiento entre los individuos más idóneos.
4 .4 .4 .4
C o n v erg en cia
Una vez obtenida la siguiente generadón se vuelve a aplicar el proceso de evalua ción de los individuos, selecdón y reproducción. Así se van creando sucesivas gene raciones cada vez más idóneas hasta que se estabiliza la evoludón y se tiene una poblaaón de soluciones que satisfacen las restricdones. Si el algoritmo genético se ha implementado correctamente, la poblaaón evoludonará a lo largo de las generadones observándose que la puntuadón del mejor individuo y la puntuadón media se irán incrementando hada el valor máximo global (Figura 427). Se dice que un gen ha convergido cuando el 95% de la poblaaón tiene el mismo valor para ese gen, y se dice que la poblaaón ha convergido cuando todos los genes han convergido.
450
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
Generaciones
Figura 4.27 Evolución de la población a lo largo de las generaciones.
Gran parte de la investigación en algoritmos genéticos se ha concentrando en encontrar reglas empíricas para conseguir un buen rendimiento. No existe una teo ría totalmente aceptada que explique por qué los algoritmos genéticos tienen las propiedades que presentan, aunque hay hipótesis que explican parcialmente su éxito. Las más aceptadas son las siguientes: • Teorema del esquema: Un esquema es un patrón de los valores de un gen que se puede representar en codificación binaria como una cadena de caracteres en el alfabeto |0,1, #| (donde # representa tanto un 0 como un 1). El orden de un esquema viene dado por el número de # que contiene. Un cromosoma como el "1010" contiene los esquemas "10##", "#0#0Y'##1#", entre otros. El teorema del esquema fue enunciado por Holland y afirma que, si se supone que la buena puntuación de un individuo se debe a que contiene buenos esquemas, pasando esos buenos esquemas a la siguiente generación se incre menta la probabilidad de encontrar soluciones mejores. • Hipótesis de bloque constitutivo: Según Goldberg [201, la potencia de los algoritmos genéticos se debe a la capacidad que poseen para encontrar bue nos bloques constitutivos, definidos como esquemas de pequeña longitud que contienen bits que funcionan bien juntos y mejoran la idoneidad del indivi duo. Un buen método de codificación de soluciones es el que facilita la for mación de bloques constitutivos al disponer próximos en el cromosoma los genes que tienen relación mientras que los genes tienen poca interacción. La interacción entre genes de un cromosoma se denomina epistasis, y suele indi car que la contribución de un gen a la puntuación depende del valor de otros genes del cromosoma.
4.4 Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
451
• Exploración y explotación: Los algoritmos genéticos poseen estas dos caracte rísticas que hacen que una herramienta de optimización sea eficiente. El balance de las dos tendencias es crítico para evitar problemas como la deriva genética (convergencia de la población debida a la acumulación de errores estocásticos aún siendo la función de idoneidad constante), que deben evi tarse aumentando el ritmo de mutación sin llegar a producir que la búsqueda se convierta en aleatoria.
4 .4 .4 .5
Aplicaciones de algoritmos genéticos en tráfico vertical
El objetivo de esta aplicación es optimizar algunos de los parámetros que emplea un controlador de un grupo de ascensores para minimizar el tiempo medio de espera de los pasajeros[13j. Los datos empleados en el estudio se obtienen de un programa simulador lla mado ALTS (Advanced Lift Traffic Simulator). Este programa corre junto a un optimizador mediante algoritmos genéticos y un programa estadístico que evalúa la idoneidad de los datos de salida del simulador (Figura 4.28). Los parámetros que se ajustan son los que componen la denominada Matriz de Pesos de Llamadas: W = [v 9l donde i = 1, ..., n° de plantas, j = 1.2. Estos coeficientes toman valores de 1 a 8, asig nando distintas prioridades a cada llamada de pasillo según la planta en la que se produzca y según sea para subir o para bajar. Cuanto mayor sea el valor del peso, mejor servicio se dará a la llamada.
Figura 4.28 Esquema de los módulos utilizados.
452
Capítulo 4
Introducción al tráfico vertical
1186 14
20
12
10
4 8
6
2
0
Figura 429 Comparación entre distintos controladores.
La función de evaluación que se debe minimizar es el tiempo de espera medio de los usuarios para todo el intervalo de simulación, y se puede expresar de este modo: N
I
r _
T¡(W)
____
siendo T¡ el tiempo de espera del usuario /y N el número total de usuarios. Como se puede suponei; cada tipo de tráfico (entrante, saliente o entre plantas) requerirá su propia matriz de pesos. Este sistema fue ensayado con datos procedentes de un edificio con 16 plantas y un grupo de tres ascensores, con un tráfico predominantemente hacia abajo pero variando la intensidad del mismo. Se optimizaron los pesos de llamada de pasillo para intensidades del 40, 60, 80, 100 y 120%. Los resultados obtenidos con un con trolador para edificios de gran altura modificado con esta optimización por algorit mos genéticos fueron comparados con los obtenidos con el mismo controlador sin optimización y con los obtenidos con un controlador para edificios de media altura (Figura 4.29).
4.4 Los sistemas de inteligencia artificial aplicados al tráfico vertical
453
Se puede apreciar que con algoritmos genéticos se reduce entre un 10 y un 15% el tiempo medio de espera de los usuarios en situaciones de tráfico intenso, compa rado con el mismo controlador sin optimización. Una ventaja de emplear algoritmos genéticos es que se pueden añadir nuevos parámetros al estudio sin que el planteamiento se complique excesivamente. Ade más, el comportamiento del sistema es muy flexible: se pueden optimizar distintas magnitudes si se selecciona la función de evaluación adecuada.
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índice alfabético
Acceso 201 Accionamiento 316 Aceleración 65 Acoplamiento de emergencia 88 Adherencia 116 Alambre 177 Algoritmos genéticos 438, 446, 451 Alma 177 Amortiguador 35,217 Amortiguador de acumulación de energía 222 disipación de energía 226 Andén móvil 285,289 Ángulo de inclinación 289 Aparato elevador 35 Ascensor 35 autopropulsado 263 Ascensor eléctrico 45 Ascensor hidráulico 46 Ascensor inteligente 254 Ascensor panorámico 252 Ascensor "Teagle" 19 Autonivelación 35 "Backpropagation" 442 Balaustrada 333 Banda 314 Bastidor 35 Bloque de válvulas 129 Bomba 128 Boma de conexión 350 Borrosiñcadón 444 Cabina 35,144 Cable 177 Cable de aramida 274 compensación 198 paracaídas 199 tracción 197 velocidad 199
Cable "Filler-Wire" 179 Cable monocorde 180 Cable preformado 182 Cable "Seale” 179 Cable “YVarrington" 179 Cableado eléctrico 349 Cabo 177 Cadena de arrastre 311,319 Calor disipado 106 Camarín 35 Capaddad horaria 404,416,427 Capaddad teórica 289 Capaddad transporte 302 Carga nominal 35 Carga rotura de cable 35 Cartel 354 Central hidráulica 127 Cercado 36 Circuito de elevaaón 60 Circuito de maniobra 237 Circuito paracaídas 61 Circuito seguridad 352 Circuito de tracdón 59, 235 Codificación 447 Coefidente fricción 114 Componentes de seguridad 202 Conector 349 Conmutador 239 Contacto seguridad 352 Contador 235,347 Contrahuella 315 Contrapeso 148 Control de niveladón 251 Control de puertas 250 Convergencia 449 Cordón 177 Cromosoma 447 Cruzamiento 448 Cuadro de maniobras 344
466 Cuarto de máquinas 36,57, 68,303,343 Cuarto do poleas 36 Deceleración angular 87 Deflector 269 Depósito de aceite 130 Desborrosificación 445 Diodo 242 Dimensiones acceso 56 Dimensiones cabina 54 Dimensiones hueco 52 Dispositivo amortiguador 213 Enclavamiento 36 Ensimado 377 Ensimaje 378 Escalera de velocidad variable 373 Escalera mecánica 285, 289 Escalera "Seeberger" 287 Escalón 311 Esquema 450 Estribo 36 Exploración 451 Explotación 451 Estructura portante 311 Fibra de carbono 278 Fibra de vidrio 374 Fibra óptica 255 Fibrado 377 Foso 36, 143 Freno 84,305 Freno eléctrico 88 Fundón de castigo 448 Función de idoneidad 447 Cálibo 36 Gen 447 Gramaje de fibra 379 Grupo tractor 304 Guardamotor 236 Guardapiés 36 Guías 36,152 Hueco 36,140 Inspección 357 Instrucciones de uso 357 Interruptor 239 Interruptor general 236, 348 Inversor 236 Inyección 383 Limitador de velocidad 36,204,341 Lógica borrosa 437, 442 Maniobra 257 Maniobra dúplex 259 Maniobra colectiva 260
índice alfabético Maniobra universal por pulsadores 258 Máquina 36,304 Mástil 36 Materiales con memoria 256 Montacamillos 36,49 Montacargas 36,46 Monlacoches 37 Motor 70 Molor con variador de frecuencia 73 Motor de corriente continua 78 Motor hidráulico 128 Motor lineal 268 Motor síncrono de imanes permanentes 268 Mutación 449 Nivelación 37 Normativa 50, 292, 360 Ondas de tensión 77 Otis, Elisha Graves 20 Par de frenada 85 Paracaídas 37,209 Paracaídas de acción indirecta 210 acción progresiva 214 aceleración 209 Partes eléctricas 234,341 Pasamanos 289,335 PBT 380 Peine 289,315 Pérdida de potencia 106 Pistón hidráulico 130 Pistón telescópico 132 Placa de tope 37 Poleas de desvío 125 Poleas de tracción 108 Pol ¡carbonato 381 Polipasto 11 Potencia de motores 82 Presión de inyección 388 Presión de trabajo 129 Presión especifica 112 Protección de máquinas 234 Protección de motores 348 Prueba 357,361 Puerta de embarque 201 Pulsador 238 Recinto 37 Rectificador 241 Recorrido libre 37 Redes neuronales 437,439 Reductor 91 Registro 359
índico alfabético
Relé 240 Reproducción 448 Revestimiento 336 Señal 354 Shadoof 8 Silla de ascenso 16 Sistema WardLeonard 80 Sinfín-corona 93 Sistemas de control 245 gestión inteligencia artificial 372,435 tráfico 257 Superfide pisable 314 Superficie útil 37 Suspensión 37 Temperatura de fusión 388 Tiristor 244
467 Título de fibra 379 Toma de corriente 349 Torsión cruzada 181 Torsión "Lang" 181 Tracción eléctrica 66 Tracción hidráulica 67 Tráfico bidirecdonal 427,434 Tráfico de bajada 433 Tráfico de entrada 404 Tráfico de salida 416 Tráfico de subida 433 Tráfico vertical 391, 438 Transistor 243 Transformador 241 Variador de frecuenda 75 Veloddad de inyecdón 388 Velocidad nominal 38, 63, 299 Volante de inerda 112 Zona desdavamiento 38
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