Como funcionam os elevadorespor Tom Harris - traduzido por HowStuffWorks BrasilNeste artigo1. Introduo 2. Os elevadores hidrulicos 3. Os prs e os contras dos sistemas hidrulicos 4. O sistema de cabos 5. Sistemas de segurana 6. Sistemas de segurana: seguranas 7. Sistemas de segurana: mais cpias de segurana 8. Dando voltas 9. Portas 10. Mais informaes 11. Veja todos os artigos sobre Engenharia Introduo elevadores Em 1800, os novos processos de produo de ferro e ao revolucionaram o mundo da construo. Com vigas de metal como material de construo, os arquitetos e engenheiros podiam levantar arranha-cus monumentais. Mas essas torres seriam basicamente inteis se no fosse por outra inovao da tecnologia que veio ao mesmo tempo. Os elevadores modernos so o elemento crucial que torna prtico viver e trabalhar dezenas de andares acima do cho. Cidades verticais como Nova Iorque dependem totalmente dos elevadores. Mesmo em prdios com poucos andares, os elevadores so essenciais para fazer os escritrios e apartamentos acessveis para pessoas com necessidades especiais. Neste artigo, vamos descobrir como essas mquinas sempre presentes se movem de um andar ao outro. Vamos dar uma olhada nos sistemas de controle que decidem aonde o elevador vai e os sistemas de segurana que evitam catstrofes. Os elevadores hidrulicosO conceito de um elevador incrivelmente simples: s um compartimento ligado a um sistema de subida. Amarre um pedao de barbante a uma caixa e voc ter um elevador bsico. Claro que o passageiro moderno e os elevadores de transporte so muito mais elaborados que isso. Eles precisam de sistemas mecnicos avanados para lidar com o peso considervel do carro do elevador e sua carga. Alm disso, eles precisam de mecanismos de controle - assim, os passageiros podem operar o elevador, e necessitam de dispositivos de segurana para manter tudo correndo bem. H dois projetos principais de elevadores muito usados hoje: os elevadores hidrulicos e os elevadores eltricos. Os sistemas de elevador hidrulico levantam um carro usando uma bomba hidrulica, um pisto dirigido por fluidos montados dentro de um cilindro. Voc pode ver como o sistema funciona no diagrama abaixo. Your browser does not support JavaScript or it is disabled. O cilindro conectado a um sistema de bombeamento (em geral, os sistemas hidrulicos como este usam leo, mas outros fluidos incompressveis podem funcionar tambm). O sistema hidrulico tem trs partes: um tanque (o reservatrio de fluido) uma bomba que acionada por um motor eltrico uma vlvula entre o cilindro e o tanque A bomba fora o fluido do tanque em um cano, levando ao cilindro. Quando a vlvula aberta, o fluido de pressurizao escoar pelo caminho da mnima resistncia e retornar ao tanque de fluido. Mas quando a vlvula est fechada, o fluido de pressurizao no tem lugar para ir, exceto o cilindro. Conforme o fluido entra no cilindro, ele empurra o pisto para cima, erguendo o carro do elevador. Quando o carro se aproxima do andar correto, o sistema de controle envia um sinal para o motor eltrico para, gradualmente, fechar a bomba. Com a bomba fechada, no h mais o fluido passando para o cilindro, mas o fluido que j est no cilindro no pode escapar (ele no pode fluir de volta para a bomba, pois a vlvula ainda est fechada). O pisto descansa no fluido e o carro permanece onde est. Para descer o carro, o sistema de controle de elevador envia um sinal para a vlvula. A vlvula acionada por uma solenide bsica (verifique Como funcionam os eletroms para maiores informaes sobre solenides). Quando a solenide abre a vlvula, o fluido que entrou no cilindro pode fluir para o tanque de fluido. O peso do carro e a carga empurram o pisto, que conduz o fluido ao tanque. O carro desce gradativamente. Para parar o carro em um andar mais baixo, o sistema de controle fecha a vlvula de novo. Esse sistema incrivelmente simples e muito eficiente, mas tem algumas desvantagens. Na prxima seo, vamos dar uma olhada nas desvantagens principais de uso de sistema hidrulico. Os elevadores hidrulicosO conceito de um elevador incrivelmente simples: s um compartimento ligado a um sistema de subida. Amarre um pedao de barbante a uma caixa e voc ter um elevador bsico. Claro que o passageiro moderno e os elevadores de transporte so muito mais elaborados que isso. Eles precisam de sistemas mecnicos avanados para lidar com o peso considervel do carro do elevador e sua carga. Alm disso, eles precisam de mecanismos de controle - assim, os passageiros podem operar o elevador, e necessitam de dispositivos de segurana para manter tudo correndo bem. H dois projetos principais de elevadores muito usados hoje: os elevadores hidrulicos e os elevadores eltricos. Os sistemas de elevador hidrulico levantam um carro usando uma bomba hidrulica, um pisto dirigido por fluidos montados dentro de um cilindro. Voc pode ver como o sistema funciona no diagrama abaixo. Your browser does not support JavaScript or it is disabled. O cilindro conectado a um sistema de bombeamento (em geral, os sistemas hidrulicos como este usam leo, mas outros fluidos incompressveis podem funcionar tambm). O sistema hidrulico tem trs partes: um tanque (o reservatrio de fluido) uma bomba que acionada por um motor eltrico uma vlvula entre o cilindro e o tanque A bomba fora o fluido do tanque em um cano, levando ao cilindro. Quando a vlvula aberta, o fluido de pressurizao escoar pelo caminho da mnima resistncia e retornar ao tanque de fluido. Mas quando a vlvula est fechada, o fluido de pressurizao no tem lugar para ir, exceto o cilindro. Conforme o fluido entra no cilindro, ele empurra o pisto para cima, erguendo o carro do elevador. Quando o carro se aproxima do andar correto, o sistema de controle envia um sinal para o motor eltrico para, gradualmente, fechar a bomba. Com a bomba fechada, no h mais o fluido passando para o cilindro, mas o fluido que j est no cilindro no pode escapar (ele no pode fluir de volta para a bomba, pois a vlvula ainda est fechada). O pisto descansa no fluido e o carro permanece onde est. Para descer o carro, o sistema de controle de elevador envia um sinal para a vlvula. A vlvula acionada por uma solenide bsica (verifique Como funcionam os eletroms para maiores informaes sobre solenides). Quando a solenide abre a vlvula, o fluido que entrou no cilindro pode fluir para o tanque de fluido. O peso do carro e a carga empurram o pisto, que conduz o fluido ao tanque. O carro desce gradativamente. Para parar o carro em um andar mais baixo, o sistema de controle fecha a vlvula de novo. Esse sistema incrivelmente simples e muito eficiente, mas tem algumas desvantagens. Na prxima seo, vamos dar uma olhada nas desvantagens principais de uso de sistema hidrulico. Os prs e os contras dos sistemas hidrulicos A principal vantagem dos sistemas hidrulicos que eles podem facilmente multiplicar a fora relativamente fraca da bomba ao gerar mais fora necessria para levantar o carro do elevador (veja Como funcionam as mquinas hidrulicas para saber mais). Mas esses sistemas apresentam duas desvantagens principais. O principal problema o tamanho do equipamento. Para o carro do elevador ser capaz de alcanar os andares mais altos, voc tem que fazer o pisto mais longo. O cilindro tem de ser um pouco maior que o pisto, claro, j que o pisto precisa ser capaz de dobrar todo o trajeto quando o carro est no primeiro andar. Resumindo, mais andares significam um cilindro mais longo. O problema que a estrutura do cilindro inteiro deve ser enterrada abaixo do fundo do elevador. Isso significa que voc tem que cavar mais fundo medida que faz mais andares. Construir mais alguns andares encarece o projeto. Para instalar um elevador hidrulico em um prdio de 10 andares, por exemplo, voc precisaria cavar no mnimo nove andares! Alguns elevadores hidrulicos no exigem uma escavao to profunda. Veja este site (em ingls) para aprender sobre esses sistemas.A outra desvantagem de elevadores hidrulicos que eles so ineficientes. necessria muita energia para levantar um elevador a vrios andares, e em um elevador hidrulico padro no h meio de armazenar essa energia. A energia de posio (energia potencial) somente funciona para empurrar o fluido de volta para o tanque. Para levantar o carro do elevador novamente, o sistema hidrulico tem que gerar a energia toda de novo. O sistema de cabos O design de elevador mais popular o elevador eltrico. Nos elevadores eltricos, o carro levantado e abaixado pela trao dos cabos de ao em vez de ser empurrado de baixo para cima. Os cabos so ligados ao carro do elevador e presos a uma roldana (3). Uma roldana s uma polia com encaixes em volta da circunferncia. A roldana segura os cabos guinchos; ento, quando voc gira a roldana, os cabos tambm se mexem. A roldana conectada a um motor eltrico (2). Quando o motor gira em uma direo, a roldana levanta o elevador; quando o motor gira para o outro lado, a roldana baixa o elevador. Nos elevadores sem engrenagem, o motor gira as roldanas diretamente. Nos elevadores com engrenagem, o motor liga um trem de engrenagens que gira a roldana. Em geral, a roldana, o motor e o sistema de controle (1) so mantidos em uma sala de mquinas sobre o cabo do elevador. Os cabos que levantam o carro tambm esto conectados a um contrapeso (4), que fica no outro lado da roldana. O contrapeso pesa aproximadamente o que o carro pesa usando sua capacidade de 40%. Em outras palavras, quando o carro est 40% cheio (uma mdia), o contrapeso e o carro esto perfeitamente equilibrados. O propsito desse equilbrio conservar a energia. Com cargas iguais em cada lado da roldana, gasta-se apenas um pouco de fora para manter o equilbrio de um lado ou do outro. Basicamente, o motor somente tem que superar a frico: o peso no outro lado faz a maioria do trabalho. Em outras palavras, o equilbrio mantm um nvel de energia potencial prximo e constante no sistema. Usando a energia potencial no carro do elevador (deixando-o descer ao solo), cria-se a energia potencial no peso (o peso sobe ao topo do cabo). A mesma coisa acontece, mas ao contrrio, quando o elevador sobe. O sistema como se fosse uma gangorra que tem crianas com o mesmo peso, uma de cada lado. Tanto o carro do elevador quanto o contrapeso andam em trilhos (5) dos lados do cabo do elevador. Os trilhos evitam que o carro e o contrapeso balancem e trabalham com o sistema de segurana para parar o carro em uma emergncia. Os elevadores eltricos so muito mais versteis que os elevadores hidrulicos, alm de mais eficientes. Em geral, eles tambm so sistemas mais seguros. Nesta seo, vamos ver como esses elementos funcionam para evitar que voc despenque se algo der errado. Sistemas de segurana No mundo dos filmes de ao de Hollywood, os cabos guinchos nunca esto longe da fenda, enviando o carro e seus passageiros direto para o fundo. Na verdade, h pouca chance de isso acontecer. Os elevadores so construdos com vrios sistemas de segurana redundantes que os mantm em posio. A primeira linha de defesa o sistema do cabo. Cada cabo de elevador feito de vrios comprimentos de alumnio entrelaados um ao outro. Com essa estrutura firme, um cabo pode agentar o peso do carro do elevador e o contrapeso. Mas os elevadores so construdos com mltiplos cabos (entre 4 e 8, em geral). No evento improvvel de um dos cabos se romper, os demais vo segurar o elevador. Mesmo que todos os cabos se rompam ou que o sistema de roldana seja liberado por eles, improvvel que um carro de elevador caia no fundo do poo. Os carros dos elevadores eltricos tm os sistemas de freios embutidos, ou dispositivos de segurana, que se agarram ao trilho quando o carro se movimenta rpido. Sistemas de segurana: seguranasSeguranas so acionadas por um regulador quando o elevador se move rpido demais. A maioria dos sistemas reguladores instalada em volta de uma roldana posicionada no topo do cabo do elevador. O cabo do regulador preso em volta da roldana reguladora e de uma outra roldana com peso na extremidade do cabo. O cabo tambm conectado com o carro do elevador; ento, ele se move quando o carro vai para cima ou para baixo. Conforme o carro aumenta a velocidade, o regulador faz o mesmo. O diagrama abaixo mostra um esquema de regulador simples. Your browser does not support JavaScript or it is disabled. Nesse regulador, a roldana equipada com duas hastes (braos de metais com contrapesos) em torno dos pinos. As hastes so montadas de forma que possam se mover livremente sobre o regulador. Mas na maior parte do tempo elas esto se mantendo em posio por meio de mola. Conforme o movimento rotatrio do regulador aumenta, a fora centrfuga move as hastes, empurrando contra a mola. Se o carro do elevador cair rpido o bastante, a fora centrfuga vai ser forte o suficiente para empurrar as extremidades das hastes por todo o caminho nas margens do regulador. Girando nessa posio, as extremidades presas s hastes seguram as catracas, montadas em um cilindro em torno da roldana. Isso funciona para parar o regulador. Os cabos do regulador esto ligados ao carro do elevador por um acionador mvel ligado a um sistema de alavanca. Quando os cabos do regulador podem se mover livremente, a alavanca permanece na mesma posio relativa ao elevador do carro (acontece em lugar das tenses). Mas quando o regulador da roldana trava, os cabos do regulador promovem solavancos no acionador. Isso move o sistema de alavanca, que opera o freio. Sistemas de segurana: mais cpias de segurana Os elevadores tambm tm freios de eletroms que engatam quando o carro pra. Os eletromas realmente mantm o freio na posio aberta, em vez de fech-los. Com esse projeto, os freios vo acionar automaticamente se o elevador perder fora. Os elevadores tambm tm sistemas de freios automticos prximo ao topo e no fundo do cabo do elevador. Se o carro do elevador se move longe demais em qualquer direo, o freio o pra. Se tudo mais falhar e o elevador realmente cair, h uma medida de segurana final que provavelmente vai salvar os passageiros. O fundo do cabo tem um sistema amortecedor de choque, em geral um pisto montado em um cilindro cheio de leo. O absorvedor de choque funciona como um gigante travesseiro para suavizar a queda do carro do elevador. Alm desses elaborados sistemas de emergncia, os elevadores precisam de muita maquinaria s para faz-lo parar. Nesta seo, vamos descobrir como opera um elevador sob condies normais. Dando voltas Muitos elevadores modernos so controlados por computador. O trabalho do computador processar todas as informaes relevantes sobre o elevador e conduzir o motor para levar o carro do elevador aonde ele precisar ir. Para isso, o computador precisa conhecer no mnimo trs coisas. aonde as pessoas querem ir onde cada andar onde est o carro do elevador Descubra onde as pessoas querem ir. Os botes do carro do elevador e os botes de cada andar esto todos no computador. Quando voc pressionar um desses botes, o computador acessa o pedido. H muitas maneiras de imaginar onde o elevador est. Em um sistema mais comum, um sensor de luz ou sensor de m no lado do carro l uma srie de encaixes na forma vertical. Ao contar os buracos, o computador sabe exatamente onde o carro do elevador est. O computador varia a velocidade do motor para que o carro reduza a velocidade gradualmente medida que alcanar cada andar. Isso mantm a direo suave, o que bom para os passageiros. Em um prdio com muitos andares, o computador deve ter alguns tipos de estratgia para os carros circularem com mais eficincia. Nos sistemas mais antigos, a estratgia evitar a reverso da direo do elevador. Ou seja, um carro de elevador vai se manter subindo contanto que haja pessoas nos andares acima. O carro somente vai responder "chamadas para descer" depois de ter verificado todas as "chamadas para subir". Mas, uma vez que comear, no vai pegar ningum para subir at responder todas as chamadas para descer. O programa faz um bom trabalho ao levar as pessoas a seu andar o mais rpido possvel. Programas mais avanados consideram os padres de trfego dos passageiros. Eles sabem quais andares tm muita procura e em que hora do dia, e direcionam os carros do elevador de acordo com isso. Em um sistema mltiplo de carros, o elevador vai selecionar os carros baseado na posio dos demais carros. Nos sistemas de ltima gerao o elevador no lobby trabalha como um trem na estao. Em vez de simplesmente pressionar para cima ou para baixo, as pessoas esperando por um elevador podem solicitar um andar especfico. Baseado na localizao e no curso de todos os carros, o computador diz ao passageiro que carro pegar para chegar a seu destino mais rpido. A maioria dos sistemas tem um sensor de carga no andar. O sensor diz ao computador quantas pessoas esto no interior do carro. Se o carro est perto da capacidade, o computador no vai mais querer parar at que algumas pessoas saiam do elevador. Sensores de carga tambm so usados como sensores de segurana. Se o carro est superlotado, o computador no vai fechar a porta at algum peso ser removido. Na prxima seo, vamos dar uma olhada nos componentes mais legais de um elevador: as portas automticas.PortasAs portas automticas nas lojas e prdios de escritrio esto l por convenincia e como um auxlio s pessoas com necessidades especiais. Por outro lado, as portas automticas em um elevador so absolutamente essenciais. Esto l para evitar que as pessoas caiam no fosso do elevador. Os elevadores usam dois modelos diferentes de portas: as portas nos carros e as portas que abrem nos fossos do elevador. As portas nos carros so operadas por um motor eltrico, comandado pelo computador do elevador. Voc pode ver como funciona um sistema de abertura de uma porta no diagrama abaixo: Your browser does not support JavaScript or it is disabled. O motor eltrico liga uma roda, que est ligada a um brao de metal. O brao de metal ligado a um outro brao, que est ligado porta. A porta pode se mover para trs e para frente a partir de um trilho de metal. Quando o motor gira uma roda, que est ligada a um longo brao de metal, que empurra o segundo brao e a porta esquerda. A porta feita de dois painis que fecham um no outro quando a porta abre e se estendem quando a porta fecha. O computador liga o motor para abrir as portas quando o carro chega em um piso e fecha as portas antes de o carro se mover de novo. Muitos elevadores tm um sistema de sensor de movimento que evita que as portas se fechem se houver algum entre elas. As portas do carro tm um mecanismo de alavanca que destranca as portas em cada andar e as mantm abertas. Dessa maneira, as portas s se abrem se houver um carro naquele andar (ou se forem foradas). Isso evita que as portas se abram quando o elevador no est no andar. Em um perodo relativamente curto, os elevadores se tornaram uma mquina essencial. Enquanto as pessoas continuarem a levantar arranha-cus e mais edifcios baixos forem construdos para pessoas com necessidades especiais, os elevadores se tornaro um elemento cada vez mais difundido na sociedade. verdade que uma das mquinas mais importantes na era da modernidade tambm se tornou uma das mais legais. Para mais informaes sobre elevadores, incluindo tecnologias do elevador do futuro, acesse os links na prxima pgina. Your browser does not support JavaScript or it is disabled. Nesse esquema, o acoplamento dispara uma trava de segurana cuneiforme, que se acomoda em um guia fixo. Conforme mudamos, empurrado nas grades pelas superfcies inclinadas. Isso traz gradualmente o carro do elevador para uma parada. PortasAs portas automticas nas lojas e prdios de escritrio esto l por convenincia e como um auxlio s pessoas com necessidades especiais. Por outro lado, as portas automticas em um elevador so absolutamente essenciais. Esto l para evitar que as pessoas caiam no fosso do elevador. Os elevadores usam dois modelos diferentes de portas: as portas nos carros e as portas que abrem nos fossos do elevador. As portas nos carros so operadas por um motor eltrico, comandado pelo computador do elevador. Voc pode ver como funciona um sistema de abertura de uma porta no diagrama abaixo: Your browser does not support JavaScript or it is disabled. O motor eltrico liga uma roda, que est ligada a um brao de metal. O brao de metal ligado a um outro brao, que est ligado porta. A porta pode se mover para trs e para frente a partir de um trilho de metal. Quando o motor gira uma roda, que est ligada a um longo brao de metal, que empurra o segundo brao e a porta esquerda. A porta feita de dois painis que fecham um no outro quando a porta abre e se estendem quando a porta fecha. O computador liga o motor para abrir as portas quando o carro chega em um piso e fecha as portas antes de o carro se mover de novo. Muitos elevadores tm um sistema de sensor de movimento que evita que as portas se fechem se houver algum entre elas. As portas do carro tm um mecanismo de alavanca que destranca as portas em cada andar e as mantm abertas. Dessa maneira, as portas s se abrem se houver um carro naquele andar (ou se forem foradas). Isso evita que as portas se abram quando o elevador no est no andar. Em um perodo relativamente curto, os elevadores se tornaram uma mquina essencial. Enquanto as pessoas continuarem a levantar arranha-cus e mais edifcios baixos forem construdos para pessoas com necessidades especiais, os elevadores se tornaro um elemento cada vez mais difundido na sociedade. verdade que uma das mquinas mais importantes na era da modernidade tambm se tornou uma das mais legais. Para mais informaes sobre elevadores, incluindo tecnologias do elevador do futuro, acesse os links na prxima pgina.