VI.I Elevadores

VI. Dos ensayos

VI.I Elevadores

Introducción

Algunos los usamos todos los días. Para bajar de nuestras casas, para subir a ellas, para subir a la oficina, o en tiendas, los elevadores o ascensores se han vuelto cotidianos en nuestras vidas que raramente nos preguntamos sobre su origen, su funcionamiento o el cómo se construyen.

Un elevador es un tipo de transporte vertical que utilizamos para poder desplazarnos a grandes alturas en tiempos reducidos, o en otras ocasiones trasladar cargas de un nivel a otro en un edificio, cuya estructura actualmente está compuesta por elementos mecánicos y eléctricos que conforman un mecanismo de transporte seguro.

El elevador consiste en una cabina que se desplaza de arriba a abajo dentro de un hueco en la edificación o por medio de guías verticales, con un mecanismo que permite la subida y bajada de la cabina mediante una fuente de energía.

Hoy en día cuando una persona menciona la palabra “ascensor” o “elevador”, rápidamente viene a nuestra mente imágenes de cajas de metal, con puertas y botones que al presionarlos nos llevan al respectivo nivel, sin embargo, los elevadores no son inventos actuales, si bien es claro que gracias a los avances tecnológicos se ha vuelto asombrosos y con diseños cada vez más revolucionarios, aunque no parezca creíble, es un mecanismo inventado hace muchos años.

“El primer ascensor del que se tiene constancia, lo creó el matemático Arquímedes en el año 236 a.C. En la Antigua Roma, se utilizaban estos artilugios, con el fin de mover de un lado a otra agua, materiales de construcción, y otros muchos objetos pesados.” (Zener, 2017).

No se tiene una fecha exacta de cuando se creó el primer mecanismo de elevador, pero se sabe por los tratados del arquitecto Vitruvio, que éste sostiene que Arquímedes construyo el primero, probablemente alrededor del año 236 a.C. ya en épocas literarias posteriores también se hace mención a mecanismos posteriores compuestos de cabinas que estaban sostenidas por cuerdas y se accionaban a mano o por animales.

La invención de este mecanismo se debe a la necesidad que presentaban las personas para subir cosas pesadas a niveles superiores, y con el desarrollo que se le ha ido dando ha afectado la arquitectura de manera radical, al permitir la evolución de las ciudades al pasar de la construcción horizontal a construir edificios verticales de grandes alturas. Y desde su invención nos han facilitado la vida, ya que nos permiten movernos con mayor facilidad, sobre todo a personas de la tercera edad y discapacitados, en edificios, hospitales, departamentos y otras edificaciones.

Los elevadores

La norma oficial mexicana define a un elevador como:

“Aparato instalado de forma permanente y que sirve a niveles definidos, formado por un carro cuyas dimensiones y forma permiten el acceso sin dificultad de las personas y

que se desplaza a lo largo de guías verticales”. (NOM-053-SCFI-2000)

En general puede decirse que in elevador es un aparato de elevación que permite subir a niveles específicos de una edificación, con un habitáculo que se desplaza siguiendo guías verticales que se ubican al interior del hueco del mismo elevador.

Los primeros mecanismos de este tipo eran simplemente plataformas abiertas, que se encontraban suspendidas gracias a cuerdas que permitían mover cargas de forma vertical. Estos elevadores no eran nada prácticos, ni cómodos y mucho menos seguros. Pero a lo largo de la historia loe elevadores han ido cambiando, modificándose, innovándose y fue evolucionando hasta que llegaron a ser como hoy en día los conocemos.

La persona que logro resolver los elevadores a como los usamos hoy en día, fue Elisha Otis, al proponer un sistema de seguridad, el 1852, una especie de freno que en el caso de rotura de cables, un marco de madera que se ubicaba sobre el elevador saltara, golpeando las paredes del hueco y ocasionado que el elevador se fuera deteniendo.

Otis instalo el primer ascensor para el transporte de personas, tal y como lo conocemos hoy en día, en un edificio de 24 metros de altura: el Haughwout, building, el elevador era hidráulico y subía a una velocidad de 20 centímetros por segundo.

“Los elevadores más modernos y rápidos que existen en la actualidad poseen una capacidad de subir hasta 95 pisos en menos de un minuto. Dos de ellos se encuentran en china.” (Aguilar, 2020)

A diferencia de los elevadores antiguos los actuales viajan a una mayor velocidad sin que se perciba al interior, no como el caso de los elevadores antiguos en los que inclusive por la velocidad se necesitaban asientos a su interior (bancos de madera).

“El 30 de agosto de 1957 se aplicó un sistema de puertas automáticas en los ascensores de pasajeros, lo que permitió prescindir de puertas actuadas manualmente”. (Ascensor, s.f)

La adición de puertas automáticas mejoro a los elevadores de una manera muy grata al ya no necesitar abrir las puertas de manera manual y agilizar la circulación por los edificios, y en el tema de la accesibilidad para personas discapacitadas fue de gran alivio que gracias a esto ya no necesiten hacer un esfuerzo extra por abrir la puerta, ahora su movilidad por las edificaciones se da de una manera más fácil.

Ilustración 36. Elevadores. (Manufacturamx).

Elementos o partes de un elevador

Ilustración 37. ¿Cuáles son las partes de un ascensor eléctrico? | Eninter Ascensores

Ilustración 38. ¿Cuáles son las partes de un ascensor hidráulico? | Eninter Ascensores

• Cabina: Es una estructura ligera parecida a una caja de metal, atada a claves por la parte superior. Y está formada por dos partes, el bastidor o chasis, que se apoya en guías verticales y la caja o cabina, o una cabina autoportante. • La cabina se compone por salida de emergencia, mecanismos de maniobra, indicador de nivel, iluminación, ventilación, pasamanos. • Las cabinas deben pensarse, diseñarse y construirse para que su vida útil sea duradera, tener un funcionamiento silencioso y poco gasto en mantenimiento. • El principal equipamiento de la cabina es la botonera, que consiste en el conjunto de pulsadores necesarios para registrar las llamadas de los diferentes pisos. Integran también el resto de pulsadores necesario para realizar llamadas de socorro al exterior, así como controlar la apertura y el cierre de la puerta de cabina. • Cables: estos sostienen a la cabina mediante zapatas para cable y son los que la transportan de arriba abajo por el hueco. Generalmente se colocan de 3 a 8 cables que van paralelos entre sí, y se distribuyen las cargas de una manera uniforme. • Estos cables suben hasta el cuarto de máquinas, donde se enrolla al tambor cilíndrico del mecanismo tractor y luego vuelve a descender hasta amarrarse al contrapeso del elevador. • Chasis: El chasis o bastidor es la estructura que rodea a la cabina del elevador y se apoya sobre grúas verticales . es decir, cuando el elevador sube en realidad las máquinas tiran realmente del chasis y no de la cabina como tal. • Contrapeso: los elevadores tienen un contrapeso que equivale a la igual a la cabina, más la mitad de la carga máxima autorizada. • Mecanismo elevador: estructura metálica que hace dar vueltas al tambor permitiendo subir y bajar la cabina, este contiene, los frenos y los engranajes. • Sistema de paracaídas: Este sistema se coloca en el extremo inferior o superior del bastidor de la cabina. Se liberan unas cuñas contra las guían del hueco. • Maniobras de control: el control de los elevadores se realiza por medio de sistemas electrónicos, con lo que funciona la dirección del movimiento de la cabina.

Actualmente el funcionamiento de los elevadores es por microprocesadores e inteligencia artificial que coordina el funcionamiento de distintos equipos. Los paneles de control actuales cuentan con sistema de detección de averías que detiene el elevador. • Hueco o caja: es la estructura vertical por donde circula la cabina de un elevador. En ella se montan las guías verticales, los bastidores de las puertas y aparatos de mando. En el extremo superior del hueco se encuentra la plataforma que sostiene toda la maquinaria con la que funciona el elevador. • Guías: vías verticales que sirven para conducir a la cabina y el contrapeso. Estas deben estar perfectamente alineadas y fijadas a la pared con pernos. Las zapatas en los flancos de la cabina se ajustan a la forma saliente de la guía. Cuarto de máquinas: es el espacio que se desplanta sobre el hueco del elevador para albergar las

máquinas que hacen funcionar al elevador. • Foso: es la parte del hueco del elevador que se encuentra por debajo del nivel de servicio más bajo que ofrece el ascensor. • Enclavamiento electromecánico de las puertas: es el sistema que no permite que las puertas del elevador se abran en cualquier momento, excepto las del piso en que se encuentra detenida la cabina. • Limitador de velocidad: se compone por dos poleas una en el extremo superior y otra en el fondo del hueco y a través de ambas pasa un cable de acero independiente a los que sostienen la cabina, uno se fija a un punto del bastidor de la cabina y el otro a un sistema de palancas cuyo extremo se encuentra en la parte superior del bastidor.

En la polea superior el cable se detiene bruscamente cuando la velocidad de dicha polea y por lo tanto del cable, se eleva por arriba del 25% de la velocidad nominal; se activa el sistema de paracaídas. Y por medio de un contacto eléctrico en la cabina y en la polea superior se detienen el motor del elevador. • Timbre de alarma: pro seguridad de los usuarios, en caso de emergencia, los elevadores actuales cuentan con una línea telefónica que permite comunicarse con asistencia en caso de quedar atrapadas por algún motivo. • Sistema de pesa cargas: algunos elevadores modernos cuentan con un dispositivo que evita que el ascensor mueva más peso del máximo permitido, previniendo así el desgaste del mecanismo y de los frenos. Cuando el elevador cuenta con este sistema en el cuadro de maniobras hay 3 estados en lo que al pesa carga se refiere: • Normal: hay menos peso del máximo, por lo que se mantiene en funcionamiento normal. • Completo: el elevador ha llegado al peso máximo, por lo que el cuadro de maniobras permite que se realice el viaje programado pero no permite que suban más personas hasta que no baje alguna. El elevador no para en ningún nivel hasta que el dispositivo detecta que la carga vuelve a estar por debajo del máximo. • Exceso de carga: el ascensor no se mueve hasta que baje alguna persona y la carga baje del máximo permitido, para este caso suele haber alguna indicación luminosa al interior. En esta situación las puertas del ascensor no se cierran hasta que el peso baje.

Tipos de ascensores

De acuerdo a su fabricación: • Electromecánicos: el funcionamiento de estos es mediante partes eléctricas y mecánicas, son los elevadores más conocidos pues son los más utilizados. • Hidráulicos: funcionan por medio de un motor eléctrico acoplado a una bomba hidráulica, que hace funcionar un pistón. Estos elevadores consumen le doble de energía que los electromecánicos.

• Otro tipo de ascensor, no tan común como los anteriores son los conocidos como paternóster, que son una serie de cabinas abiertas de espacio limitado, que se mueven lentamente por dos huecos contiguos. Por un hueco suben las cabinas y al llegar a la parte de arriba estas giran y bajan por el otro hueco en un ciclo continuo, sin parar. • Ascensores sin cuarto de máquinas: en la actualidad se está empleando ascensores eléctricos que no necesitan cuarto de máquinas o MRL (Machine

Room Less). Su ventaja es que no ocupa el gran espacio para el cuarto de máquinas. Este sistema empleado motores de imanes permanentes, accionados por medio de variaciones de frecuencia, que se sitúan en la parte • superior del hueco de los elevadores directamente en las guías verticales ancladas a cada forjado. Así las cargas se trasmiten al foso en vez de las paredes del hueco.

Según el uso para el cual está diseñado: • Elevadores para personas discapacitadas: existen elevadores pensados para el uso de sillas de ruedas. También hay casos de elevadores especiales para sillas de ruedas en casa-habitación. • Montacargas: son comunes en los centros comerciales, hospitales y empresas de construcción, entre otras edificaciones, ya que por medio de estos se pueden subir y bajar mercancías y materiales pesados. Estos pueden ser diseñados solo para transportar objetos u objetos y personas. • Elevadores panorámicos: funcionan como atractivo turístico o se usan para agregar un atractivo a las edificaciones. La diferencia con los elevadores normales es la cabina que emplean, ya que son totalmente de vidrio o algún otro material traslucido.

Algoritmos de maniobras

Actualmente los elevadores manejan una memoria que almacena los pedidos de llamada y las va atendiendo dando prioridad a las que están en la misma dirección hacia donde se dirige la cabina. De acuerdo a estos los elevadores pueden manejar distintos algoritmos como:

Colectiva descendente: hay un solo botón para llamar al ascensor. • En subida: el elevador va subiendo, deteniéndose en todos los pisos marcados desde el interior de la cabina, sin atender a las llamadas de piso, a excepción de la llamada realizada en niveles superiores a la última parada marcada desde la cabina. Una vez la cabina llega a la última parada, y pasa un tiempo sin llamadas, cambia de dirección. • En bajada: el elevador se va deteniendo en cada parada marcada en la cabina y también se detiene en las llamadas que se realizan en los pisos inferiores,

hasta llegar a la última parada solicitada, si el elevador cuenta con pesa carga, este no se detiene en llamas si se llegó al peso máximo.

Colectiva ascendente-descendente: hay dos botones en cada piso, uno para pedidos de subida y otro para pedidos de bajada.

• En subida: el elevador se va deteniendo en cada parada solicitada desde el interior de la cabina y también en las llamadas que se realizan en los pisos, pero solo aquellas marcadas como subidas. Una vez la cabina llega a la última parada, y pasa un tiempo sin llamadas, cambia de dirección. • En bajada: sucede lo mismo que en subida, el elevador va haciendo las paradas solicitadas, y atendiendo llamadas de bajada, todo el tiempo sin cambiar de dirección hasta realizar la última parada solicitada.

Diseño de elevadores

Para el cálculo de los elevadores se llevan a cabo una serie de pasos.

1. Determinar la cantidad de ascensores y su capacidad, el tipo de puertas, la velocidad del desplazamiento, todas estas cuestiones deberán ser calculadas por un profesional en el tema, considerando el uso que tendrá el edificio, los niveles que tendrá, y los habitantes permanentes. 2. Calcular las medidas mínimas que tendrá la cabina y los espacios de circulación, que deben adecuarse a las medidas de cabina según la legislación actual del país. • Para lo cual las cabinas pueden clasificarse en distintos tipos, como lo son: • Cabina tipo 0 de 1.0 m x 1.15 m, con puerta de 0.80 m mínimo en el lado menor, esta cabina es solo para personas en silla de ruedas. • La cabina tipo 1: de 1.10 m x 1.40 m., que permite transportar a una persona en silla de ruedas y su acompañante. • Cabina tipo 2: con dimensiones más prácticas, pues permiten a una persona en silla de ruedas girar en un círculo de 1.50 m. de diámetro. • Cabina tipo 3: con medidas mínimas de 1.30 m. x 2.05 m.

• En los casos donde el edificio cuente con un solo ascensor, deberá ser del tipo 1 o 2, y se cuenta con dos ascensores, estos deberán ser del tipo 1 o 2 con mínimo.

3. Determinación de las medidas mínimas de planta y altura para el diseño y construcción del hueco por donde circulara el elevador, considerando los márgenes de error para lograr que todos los muro del hueco queden a plomo y

siempre adecuando estas medidas a las de la cabina, diseñada o calculada previamente. 4. Calcular las medidas mínimas que tendrá el cuarto de máquinas del elevador, como mínimo 3 veces el área de la cabina u 8m2 por cada elevador. 5. Plantear el área de vestíbulo de los elevadores en cada piso o nivel, que se determina por el número de personas que usan el elevador en el periodo de máximo uso, de unos 15 a 20 minutos. 6. Determinación de los elementos e instalaciones complementarias a la sala de máquinas. El acceso a la sala de máquinas no puede ser por medio de escalera marinera. La puerta se debe abrir hacia afuera y tener cerradura. La sala debe • contar con ventilación natural cruzada.

Cálculo de elevadores

Para el cálculo de elevadores es necesario saber la población total del edificio. Para lo cual el análisis de la siguiente tabla nos permitirá definirlo.

Ilustración 39. Tabla A. (Vertika, s.f).

Para determinar la velocidad necesaria en el elevador, que está estrechamente relacionada con el recorrido que hará éste, se puede analizar la siguiente tabla:

Ilustración 40. Tabla B. (Vertika, s.f).

Por último para el saber la capacidad de tráfico se necesita la siguiente tabla:

Ilustración 41. Tabla C. (Vertika, s.f).

Proceso de calculo

• Población total del edificio

❖ Población total (PT)= superficie rentable/valor correspondiente en la tabla A.

▪ En el proyecto a desarrollar se contará con 63 dormitorios, la población será de 63 x 2 personas por dormitorio= 126 habitantes.

• Trafico

❖ El tráfico es la cantidad de personas que se desplazaran por el elevador en un periodo de 5 minutos.

❖ Número de personas (NP)= PT x porcentaje de desalojo en 5 minutos (a%). (Tabla C) ▪ Para el proyecto el NP seria: 126 habitantes x 10%= los elevadores deben desalojar a un 10% de los habitantes (126) en un máximo de 5 minutos, es decir, a 12.6 personas.

• Tiempo de recorrido

❖ El tiempo total se refiere a la cantidad en segundos que necesita un elevador para hacer un recorrido total.

❖ Tiempo total (TT)= t1 + t2 + t3 + t4

❖ t1= 2 veces el recorrido total (h) / velocidad del elevador (Tabla B). ▪ El recorrido es menor a 40 m. por lo tanto basta con una velocidad de 1.0 m/s. y el h lo obtenemos de la suma de la altura de todos los entrepisos (sin contemplar el ultimo). ▪ t1= 24 m. / 1.0m/s = 24 segundos.

❖ t2= 2 segundos x No. paradas