Cómo Funcionan Los Elevadores

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En las películas de acción, los ascensores caen regularmente al sótano y aterrizan en una espectacular bola de fuego. Es posible? Descubra lo que hace que los ascensores funcionen sin problemas.

En la década de 1800, los nuevos procesos de producción de hierro y acero revolucionaron el mundo de la construcción. Con robustas vigas de metal como bloques de construcción, los arquitectos e ingenieros pudieron erigir rascacielos monumentales a cientos de pies en el aire.

Pero estas torres habrían sido básicamente inutilizables si no fuera por otra innovación tecnológica que surgió al mismo tiempo. Moderno ascensores son el elemento crucial que hace que sea práctico vivir y trabajar docenas de historias sobre el suelo. Las ciudades de gran altura como Nueva York dependen absolutamente de los ascensores. Incluso en edificios más pequeños de varios pisos, los ascensores son esenciales para hacer que las oficinas y los apartamentos sean accesibles para personas discapacitadas.

En este artículo, descubriremos cómo estas máquinas ubicuas lo mueven de un piso a otro. También veremos los sistemas de control que deciden a dónde va el elevador y los sistemas de seguridad que evitan las catástrofes.

Elevadores hidraulicos

El concepto de un ascensor es increíblemente simple: es solo un compartimento conectado a un sistema de elevación. Ate un trozo de cuerda a una caja, y tendrá un elevador básico.

Por supuesto, los modernos ascensores de pasajeros y carga son mucho más elaborados que esto. Necesitan sistemas mecánicos avanzados para manejar el peso sustancial del ascensor. coche y su carga. Además, necesitan mecanismos de control para que los pasajeros puedan operar el ascensor, y necesitan dispositivos de seguridad para mantener todo funcionando sin problemas.

Hay dos grandes diseños de elevadores de uso común en la actualidad: elevadores hidraulicos y elevadores con cable.

Los sistemas de elevadores hidráulicos elevan un automóvil con un ariete hidráulico, un pistón accionado por fluido montado dentro de un cilindro. Puedes ver cómo funciona este sistema en el siguiente diagrama.

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El cilindro está conectado a un sistema de bombeo de fluidos (Típicamente, los sistemas hidráulicos como este usan aceite, pero otros fluidos incompresibles También funcionaría). El sistema hidráulico consta de tres partes:

  • UNA tanque (la reservorio de fluido)
  • UNA bomba, accionado por un motor eléctrico
  • UNA válvula entre el cilindro y el reservorio

La bomba empuja el fluido desde el tanque hacia un tubo que conduce al cilindro. Cuando se abre la válvula, el fluido presurizado tomará el camino de menor resistencia y regresará al depósito de fluido. Pero cuando la válvula está cerrada, el fluido presurizado no tiene a dónde ir excepto en el cilindro. A medida que el líquido se acumula en el cilindro, empuja el pistón hacia arriba y levanta la cabina del ascensor.

Cuando el automóvil se acerca al piso correcto, el sistema de control envía una señal al motor eléctrico para que apague gradualmente la bomba. Con la bomba apagada, ya no fluye más líquido al cilindro, pero el líquido que ya está en el cilindro no puede escapar (no puede fluir hacia atrás a través de la bomba y la válvula aún está cerrada). El pistón descansa sobre el fluido y el automóvil se queda donde está.

Para bajar la cabina, el sistema de control del ascensor envía una señal a la válvula. La válvula es operada eléctricamente por un básico. interruptor de solenoide (consulte Cómo funcionan los electroimanes para obtener información sobre los solenoides). Cuando el solenoide abre la válvula, el fluido que se ha acumulado en el cilindro puede fluir hacia el depósito de fluido. El peso del automóvil y la carga empuja hacia abajo sobre el pistón, que impulsa el fluido hacia el depósito. El coche desciende gradualmente. Para detener el automóvil en un piso inferior, el sistema de control cierra la válvula nuevamente.

Este sistema es increíblemente simple y altamente efectivo, pero tiene algunos inconvenientes. En la siguiente sección, veremos las principales desventajas del uso de sistemas hidráulicos.

Pros y contras de la hidráulica

La principal ventaja de los sistemas hidráulicos es que pueden fácilmente multiplicar la fuerza relativamente débil de la bomba para generar la fuerza más fuerte necesaria para elevar la cabina del ascensor (vea Cómo funcionan las máquinas hidráulicas para averiguar cómo).

Pero estos sistemas sufren de dos grandes desventajas. El principal problema es el tamaño del equipo. Para que la cabina del ascensor pueda llegar a los pisos más altos, debe alargar el pistón. El cilindro debe ser un poco más largo que el pistón, por supuesto, ya que el pistón debe poder colapsarse completamente cuando el auto está en el piso inferior. En resumen, más historias significan un cilindro más largo.

El problema es que toda la estructura del cilindro debe estar enterrada debajo del tope inferior del elevador. Esto significa que tienes que cavar más profundo a medida que construyes más alto. Este es un proyecto costoso con edificios de unos pocos pisos de altura. Para instalar un elevador hidráulico en un edificio de 10 pisos, por ejemplo, ¡debería excavar al menos nueve pisos de profundidad!

La otra desventaja de los ascensores hidráulicos es que son bastante ineficiente. Se necesita mucha energía para elevar un carro de varios pisos, y en un elevador hidráulico estándar, no hay forma de almacenar esta energía. los energía de posición (Energía potencial) solo funciona para empujar el fluido de regreso al depósito. Para volver a elevar la cabina del ascensor, el sistema hidráulico debe generar la energía nuevamente.

los diseño de elevador de cable soluciona estos dos problemas En la siguiente sección, veremos cómo funciona este sistema.

El sistema de cable

El diseño de elevador más popular es el elevador de cuerda. En los ascensores con cables, el automóvil se eleva y desciende mediante cuerdas de acero de tracción en lugar de empujarlo desde abajo.

Las cuerdas se unen a la cabina del ascensor y se enrollan alrededor de un roldana (3).Una polea es solo una polea con surcos alrededor de la circunferencia. La polea sujeta los cables del polipasto, de modo que cuando gira la polea, los cables también se mueven.

La polea está conectada a un motor eléctrico (2). Cuando el motor gira en un solo sentido, la polea eleva el elevador; cuando el motor gira a la inversa, la polea baja el ascensor. En ascensores sin engranajes, el motor hace girar las poleas directamente. En engranado En los ascensores, el motor gira un tren de engranajes que hace girar la polea. Típicamente, la polea, el motor y el sistema de control (1) están todos alojados en un cuarto de máquinas por encima del hueco del ascensor.

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Las cuerdas que elevan el coche también están conectadas a un contrapeso (4), que cuelga en el otro lado de la polea. El contrapeso pesa casi lo mismo que el auto lleno a una capacidad del 40 por ciento. En otras palabras, cuando el auto está lleno en un 40 por ciento (una cantidad promedio), el contrapeso y el auto están perfectamente equilibrados.

El propósito de este balance es conservar energía. Con cargas iguales en cada lado de la polea, solo se necesita un poco de fuerza para inclinar la balanza de una forma u otra. Básicamente, el motor solo tiene que superar la fricción: el peso en el otro lado hace la mayor parte del trabajo. Dicho de otra manera, el balance se mantiene casi constante. energía potencial nivel en el sistema en su conjunto. El uso de la energía potencial en la cabina del ascensor (dejándola caer al suelo) acumula la energía potencial en el peso (el peso sube hasta la parte superior del eje). Lo mismo ocurre a la inversa cuando sube el ascensor. El sistema es como un balancín que tiene un niño igualmente pesado en cada extremo.

Tanto la cabina del ascensor como el contrapeso se desplazan sobre rieles de guía (5) a lo largo de los lados del hueco del ascensor. Los rieles evitan que el auto y el contrapeso se balanceen de un lado a otro, y también trabajan con el sistema de seguridad para detener el auto en una emergencia.

Los elevadores inclinados son mucho más versátiles que los elevadores hidráulicos, así como más eficientes. Típicamente, también tienen más sistemas de seguridad. En la siguiente sección, veremos cómo funcionan estos elementos para evitar que caigas al suelo si algo sale mal.

Sistemas de seguridad

En el mundo de las películas de acción de Hollywood, las cuerdas de elevación nunca están lejos de romperse en dos, lo que hace que el auto y sus pasajeros salgan disparados. En realidad, hay muy pocas posibilidades de que esto suceda. Los ascensores están construidos con varios sistemas de seguridad redundantes que los mantienen en posición.

La primera línea de defensa es el propio sistema de cuerdas. Cada cuerda del elevador está hecha de varias longitudes de material de acero enrollado entre sí. Con esta estructura robusta, una cuerda puede soportar el peso de la cabina del ascensor y el contrapeso por sí solo. Pero los ascensores están construidos con cuerdas múltiples (entre cuatro y ocho, típicamente). En el improbable caso de que una de las cuerdas se rompa, el resto mantendrá el elevador arriba.

Incluso si todas las cuerdas se rompieran o si el sistema de la polea las soltara, es poco probable que una cabina de ascensor caiga al fondo del pozo. Los vagones elevadores de cuerda tienen sistemas de frenos incorporados, o seguridades, que se agarran a la barandilla cuando el coche se mueve demasiado rápido.

En la siguiente sección, examinaremos un sistema de frenado incorporado.

Sistemas de Seguridad: Seguridad

Los dispositivos de seguridad son activados por un gobernador cuando el ascensor se mueve demasiado rápido. La mayoría de los sistemas de gobernador están construidos alrededor de una polea ubicada en la parte superior del pozo del ascensor. La cuerda del gobernador se enrolla alrededor de la polea del gobernador y otra polea ponderada en la parte inferior del eje. La cuerda también está conectada a la cabina del ascensor, por lo que se mueve cuando la cabina sube o baja. A medida que el automóvil se acelera, también lo hace el gobernador. El siguiente diagrama muestra un diseño de gobernador representativo.

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En este gobernador, la polea está equipada con dos ganchos. peso de mosca (brazos metálicos pesados) que giran sobre patas. Los contrapesos están unidos de tal manera que pueden girar libremente hacia adelante y hacia atrás sobre el gobernador. Pero la mayoría de las veces, se mantienen en posición gracias a una alta tensión. primavera.

A medida que el movimiento rotatorio del gobernador se acumula, fuerza centrífuga mueve los contrapesos hacia fuera, empujando contra el resorte. Si la cabina del ascensor cae lo suficientemente rápido, la fuerza centrífuga será lo suficientemente fuerte como para empujar los extremos de los contrapesos hasta los bordes exteriores del gobernador. Girando en esta posición, los extremos enganchados de los contrapesos se agarran de trinquetes Montado en un cilindro estacionario que rodea la polea. Esto funciona para detener al gobernador.

Los cables del gobernador están conectados a la cabina del elevador a través de un brazo accionador móvil conectado a una varilla de palanca. Cuando los cables del gobernador pueden moverse libremente, el brazo permanece en la misma posición con respecto a la cabina del ascensor (se mantiene en su lugar mediante resortes de tensión). Pero cuando la polea del gobernador se bloquea, las cuerdas del gobernador tiran del brazo del actuador hacia arriba. Esto mueve la palanca de articulación, que acciona los frenos.

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En este diseño, el varillaje se levanta en una seguridad en forma de cuña, que se encuentra en una guía de cuña estacionaria. A medida que la cuña se mueve hacia arriba, es empujada hacia los rieles de guía por la superficie inclinada de la guía. Esto hace que la cabina del ascensor se detenga gradualmente.

Sistemas de seguridad: más copias de seguridad

Los ascensores también tienen frenos electromagneticos que se activan cuando el coche se detiene. Los electroimanes realmente mantienen los frenos en la posición abierta, en lugar de cerrarlos. Con este diseño, los frenos se cerrarán automáticamente si el elevador pierde potencia.

Los ascensores también tienen sistemas de frenos automáticos cerca de la parte superior e inferior del hueco del ascensor.Si la cabina del ascensor se mueve demasiado lejos en cualquier dirección, el freno lo detiene.

Si todo lo demás falla, y el ascensor se cae por el eje, hay una medida de seguridad final que probablemente salvará a los pasajeros. La parte inferior del eje tiene un trabajo pesado sistema de amortiguador - Típicamente un pistón montado en un cilindro lleno de aceite. El amortiguador funciona como un cojín gigante para suavizar el aterrizaje de la cabina del ascensor.

Además de estos elaborados sistemas de emergencia, los ascensores necesitan una gran cantidad de maquinaria para hacer sus paradas. En la siguiente sección, descubriremos cómo funciona un elevador en condiciones normales.

Haciendo las rondas

Muchos ascensores modernos son controlados por una computadora. El trabajo de la computadora es procesar toda la información relevante sobre el elevador y hacer que el motor gire la cantidad correcta para colocar la cabina del elevador donde necesita estar. Para hacer esto, la computadora necesita saber al menos tres cosas.

  • Donde la gente quiere ir
  • Donde cada piso esta
  • Donde esta el ascensor

Descubrir a dónde quiere ir la gente es muy fácil. Los botones de la cabina del ascensor y los botones de cada piso están todos conectados a la computadora. Cuando presiona uno de estos botones, la computadora registra esta solicitud.

Hay muchas maneras de averiguar dónde está la cabina del ascensor. En un sistema común, un sensor de luz o sensor magnético en el costado del automóvil lee una serie de orificios en una larga cinta vertical en el eje. Al contar los orificios que pasan a gran velocidad, la computadora sabe exactamente dónde se encuentra el automóvil en el eje. La computadora varía la velocidad del motor para que la velocidad del automóvil disminuya gradualmente a medida que llega a cada piso. Esto mantiene el viaje suave para los pasajeros.

En un edificio con muchos pisos, la computadora debe tener algún tipo de estrategia para mantener los autos funcionando de la manera más eficiente posible. En sistemas más antiguos, la estrategia es evitar invertir la dirección del ascensor. Es decir, una cabina de ascensor seguirá subiendo mientras haya personas en los pisos superiores que quieran subir. El automóvil solo responderá "llamadas entrantes" después de que haya atendido todas las "llamadas entrantes". Pero una vez que comienza a bajar, no recogerá a nadie que quiera subir hasta que no haya más llamadas en los pisos inferiores. Este programa hace un buen trabajo al hacer que todos lleguen a su piso lo más rápido posible, pero es altamente inflexible.

Los programas más avanzados toman en cuenta los patrones de tráfico de pasajeros. Saben qué pisos tienen la mayor demanda, a qué hora del día, y dirigen los ascensores en consecuencia. En un sistema de autos múltiples, el elevador dirigirá autos individuales según la ubicación de otros autos.

En un sistema de vanguardia, el vestíbulo del ascensor funciona como una estación de tren. En lugar de simplemente presionar hacia arriba o hacia abajo, las personas que esperan un elevador pueden ingresar una solicitud para un piso específico. En función de la ubicación y el rumbo de todos los automóviles, la computadora les dice a los pasajeros qué automóviles los llevarán a sus destinos más rápido.

La mayoría de los sistemas también tienen una sensor de carga en el piso del coche. El sensor de carga le dice a la computadora lo lleno que está el auto. Si el auto está cerca de su capacidad, la computadora no hará más paradas hasta que algunas personas se hayan bajado. Los sensores de carga también son una buena característica de seguridad. Si el automóvil está sobrecargado, la computadora no cerrará las puertas hasta que se retire algo del peso.

En la siguiente sección, veremos uno de los componentes más geniales de un elevador: el puertas automáticas.

Puertas

Las puertas automáticas de las tiendas de comestibles y de los edificios de oficinas se encuentran principalmente para su comodidad y como ayuda para personas discapacitadas. Las puertas automáticas en un ascensor, por otro lado, son absolutamente esenciales. Están allí para evitar que la gente se caiga por un pozo abierto.

Los ascensores usan dos juegos diferentes de puertas: puertas en los carros y puertas que se abren hacia el hueco del ascensor. Las puertas de los autos son operadas por un motor eléctrico, que está conectado a la computadora del ascensor. Puede ver cómo funciona un sistema típico de apertura de puertas en el diagrama a continuación.

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El motor eléctrico gira una rueda, que está unida a un largo brazo de metal. El brazo de metal está unido a otro brazo, que está unido a la puerta. La puerta puede deslizarse hacia adelante y hacia atrás sobre un riel metálico.

Cuando el motor gira el volante, gira el primer brazo de metal, que tira del segundo brazo de metal y la puerta adjunta hacia la izquierda. La puerta está hecha de dos paneles que se cierran uno sobre el otro cuando la puerta se abre y se extiende hacia afuera cuando la puerta se cierra. La computadora enciende el motor para abrir las puertas cuando el automóvil llega a un piso y cierra las puertas antes de que el automóvil comience a moverse nuevamente. Muchos ascensores tienen un sistema de sensor de movimiento que evita que las puertas se cierren si alguien está entre ellos.

Las puertas de los automóviles tienen un mecanismo de embrague que desbloquea las puertas exteriores de cada piso y las abre. De esta manera, las puertas exteriores solo se abrirán si hay un automóvil en ese piso (o si están forzadas a abrirse). Esto evita que las puertas exteriores se abran hacia un hueco de ascensor vacío.

En un período de tiempo relativamente corto, los ascensores se han convertido en una máquina esencial. A medida que las personas continúan erigiendo rascacielos monumentales y más edificios pequeños se vuelven accesibles para discapacitados, los ascensores se convertirán en un elemento aún más generalizado en la sociedad. Es verdaderamente una de las máquinas más importantes de la era moderna, así como una de las más geniales.

Para obtener más información sobre ascensores, incluidas las tecnologías de ascensores del futuro, consulte los enlaces en la página siguiente.


Suplemento De Vídeo: Elevadores en rascacielos como funcionan.




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