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Como funcionam os elevadores
por Tom Harris - traduzido por HowStuffWorks Brasil
Neste artigo
Introdução
Os elevadores hidráulicos
Os prós e os contras dos sistemas hidráulicos
O sistema de cabos
Sistemas de segurança
Sistemas de segurança: seguranças
Sistemas de segurança: mais cópias de segurança
Dando voltas
Portas
Mais informações
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Introdução
elevadores
Em 1800, os novos processos de produção de ferro e aço revolucionaram o mundo da construção. Com vigas de metal como material de construção, os arquitetos e engenheiros podiam levantar arranha-céus monumentais.
Mas essas torres seriam basicamente inúteis se não fosse por outra inovação da tecnologia que veio ao mesmo tempo. Os elevadores modernos são o elemento crucial que torna prático viver e trabalhar dezenas de andares acima do chão. Cidades verticais como Nova Iorque
dependem totalmente dos elevadores. Mesmo em prédios com poucos andares, os elevadores são essenciais para fazer os escritórios e apartamentos acessíveis para pessoas com necessidades especiais.
Neste artigo, vamos descobrir como essas máquinas 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 segurança que evitam catástrofes.
Os elevadores hidráulicos
O conceito de um elevador é incrivelmente simples: é só um compartimento ligado a um sistema de subida. Amarre um pedaço de barbante a uma caixa e você terá um elevador básico.
Claro que o passageiro moderno e os elevadores de transporte são muito mais elaborados que isso. Eles precisam de sistemas mecânicos avançados para lidar com o peso considerável do carro do elevador e sua carga. Além disso, eles precisam de mecanismos de controle - assim, os passageiros podem operar o elevador, e necessitam de dispositivos de segurança para manter tudo correndo bem.
Há dois projetos principais de elevadores muito usados hoje: os elevadores hidráulicos e os elevadores elétricos.
Os sistemas de elevador hidráulico levantam um carro usando uma bomba hidráulica, um pistão dirigido por fluidos montados dentro de um cilindro. Você pode ver como o sistema funciona no diagrama abaixo.
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O cilindro é conectado a um sistema de bombeamento (em geral, os sistemas hidráulicos como este usam óleo, mas outros fluidos incompressíveis podem funcionar também). O sistema hidráulico tem três partes:
- um tanque (o reservatório de fluido )
- uma bomba que é acionada por um motor elétrico
- uma válvula entre o cilindro e o tanque
A bomba força o fluido do tanque em um cano, levando ao cilindro. Quando a válvula é aberta, o fluido de pressurização escoará pelo caminho da mínima resistência e retornará ao tanque de fluido. Mas quando a válvula está fechada, o fluido de pressurização não tem lugar para ir, exceto o cilindro. Conforme o fluido entra no cilindro, ele empurra o pistão 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 elétrico para, gradualmente, fechar a bomba. Com a bomba fechada, não há mais o fluido passando para o cilindro, mas o fluido que já está no cilindro não pode escapar (ele não pode fluir de volta para a bomba, pois a válvula ainda está fechada). O pistão descansa no fluido e o carro permanece onde está.
Para descer o carro, o sistema de controle de elevador envia um sinal para a válvula. A válvula é acionada por uma solenóide básica (verifique Como funcionam os eletroímãs para maiores informações sobre solenóides). Quando a solenóide abre a válvula, o fluido que entrou no cilindro pode fluir para o tanque de fluido. O peso do carro e a carga empurram o pistão, 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 válvula de novo.
Esse sistema é incrivelmente simples e muito eficiente, mas tem algumas desvantagens. Na próxima seção, vamos dar uma olhada nas desvantagens principais de uso de sistema hidráulico.
Construir mais alguns andares encarece o projeto. Para instalar um elevador hidráulico em um prédio de 10 andares, por exemplo, você precisaria cavar no mínimo nove andares! Alguns elevadores hidráulicos não exigem uma escavação tão profunda. Veja este site (em inglês) para aprender sobre esses sistemas.
A outra desvantagem de elevadores hidráulicos é que eles são ineficientes. É necessária muita energia para levantar um elevador a vários andares, e em um elevador hidráulico padrão não há meio de armazenar essa energia. A energia de posição (energia potencial) somente funciona para empurrar o fluido de volta para o tanque. Para levantar o carro do elevador novamente, o sistema hidráulico tem que gerar a energia toda de novo.
O sistema de cabos
O design de elevador mais popular é o elevador elétrico. Nos elevadores elétricos, o carro é levantado e abaixado pela tração dos cabos de aço em vez de ser empurrado de baixo para cima.
Os cabos são ligados ao carro do elevador e presos a uma roldana ( 3 ). Uma roldana é só uma polia com encaixes em volta da circunferência. A roldana segura os cabos guinchos; então, quando você gira a roldana, os cabos também se mexem.
A roldana é conectada a um motor elétrico ( 2 ). Quando o motor gira em uma direção, 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 ) são mantidos em uma sala de máquinas sobre o cabo do elevador.
Os cabos que levantam o carro também estão 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 está 40% cheio (uma média), o contrapeso e o carro estão perfeitamente equilibrados.
O propósito desse equilíbrio é conservar a energia. Com cargas iguais em cada lado da roldana, gasta-se apenas um pouco de força para manter o equilíbrio de um lado ou do outro. Basicamente, o motor somente tem que superar a fricção: o peso no outro lado faz a maioria do trabalho. Em outras palavras, o equilíbrio mantém um nível de energia potencial próximo 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 contrário, quando o elevador sobe. O sistema é como se fosse uma gangorra que tem crianças 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 segurança para parar o carro em uma emergência.
Os elevadores elétricos são muito mais versáteis que os elevadores hidráulicos, além de mais eficientes. Em geral, eles também são sistemas mais seguros. Nesta seção, vamos ver como esses elementos funcionam para evitar que você despenque se algo der errado.
Sistemas de segurança
No mundo dos filmes de ação de Hollywood, os cabos guinchos nunca estão longe da fenda, enviando o carro e seus passageiros direto para o fundo. Na verdade, há pouca chance de isso acontecer. Os elevadores são construídos com vários sistemas de segurança redundantes que os mantêm em posição.
A primeira linha de defesa é o sistema do cabo. Cada cabo de elevador é feito de vários comprimentos de alumínio entrelaçados um ao outro. Com essa estrutura firme, um cabo pode agüentar o peso do carro do elevador e o contrapeso. Mas os elevadores são construídos com múltiplos cabos (entre 4 e 8, em geral). No evento improvável de um dos cabos se romper, os demais vão segurar o elevador.
Mesmo que todos os cabos se rompam ou que o sistema de roldana seja liberado por eles, é improvável que um carro de elevador caia no fundo do poço. Os carros dos elevadores
elétricos têm os sistemas de freios embutidos, ou dispositivos de segurança , que se agarram ao trilho quando o carro se movimenta rápido.
Sistemas de segurança: seguranças
Seguranças são acionadas por um regulador quando o elevador se move rápido demais. A maioria dos sistemas reguladores é instalada em volta de uma roldana posicionada no topo do cabo do elevador. O cabo do regulador é preso em volta da roldana reguladora e de uma outra roldana com peso na extremidade do cabo. O cabo é também conectado com o carro do elevador; então, 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.
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Nesse regulador, a roldana é equipada com duas hastes (braços de metais com contrapesos) em torno dos pinos. As hastes são montadas de forma que possam se mover livremente sobre o regulador. Mas na maior parte do tempo elas estão se mantendo em posição por meio de mola.
Conforme o movimento rotatório do regulador aumenta, a força centrífuga move as hastes, empurrando contra a mola. Se o carro do elevador cair rápido o bastante, a força centrífuga vai ser forte o suficiente para empurrar as extremidades das hastes por todo o caminho nas margens do regulador. Girando nessa posição, as extremidades presas às hastes seguram as catracas , montadas em um cilindro em torno da roldana. Isso funciona para parar o regulador.
Os cabos do regulador estão ligados ao carro do elevador por um acionador móvel ligado a um sistema de alavanca. Quando os cabos do regulador podem se mover livremente, a alavanca permanece na mesma posição relativa ao elevador do carro (acontece em lugar das tensões). 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 segurança: mais cópias de segurança
Os elevadores também têm freios de eletroímãs que engatam quando o carro pára. Os eletroímas realmente mantêm o freio na posição aberta, em vez de fechá-los. Com esse projeto, os freios vão acionar automaticamente se o elevador perder força.
Os elevadores também têm sistemas de freios automáticos próximo ao topo e no fundo do cabo do elevador. Se o carro do elevador se move longe demais em qualquer direção, o freio o pára.
Se tudo mais falhar e o elevador realmente cair, há uma medida de segurança final que provavelmente vai salvar os passageiros. O fundo do cabo tem um sistema amortecedor de choque , em geral um pistão montado em um cilindro cheio de óleo. O absorvedor de choque funciona como um gigante travesseiro para suavizar a queda do carro do elevador.
Além desses elaborados sistemas de emergência, os elevadores precisam de muita maquinaria só para fazê-lo parar. Nesta seção, vamos descobrir como opera um elevador sob condições normais.
Dando voltas
Muitos elevadores modernos são controlados por computador. O trabalho do computador é processar todas as informações 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 mínimo três coisas.
- aonde as pessoas querem ir
- onde é cada andar
- onde está o carro do elevador
Descubra onde as pessoas querem ir. Os botões do carro do elevador e os botões de cada andar estão todos no computador. Quando você pressionar um desses botões, o computador acessa o pedido.
elemento cada vez mais difundido na sociedade. É verdade que uma das máquinas mais importantes na era da modernidade também se tornou uma das mais legais.
Para mais informações sobre elevadores, incluindo tecnologias do elevador do futuro, acesse os links na próxima página.
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0 0 1 FNesse esquema, o acoplamento dispara uma trava de segurança cuneiforme, que se acomoda em um guia fixo. Conforme mudamos, é empurrado nas grades pelas superfícies inclinadas. Isso traz gradualmente o carro do elevador para uma parada.
Portas
As portas automáticas nas lojas e prédios de escritório estão lá por conveniência e como um auxílio às pessoas com necessidades especiais. Por outro lado, as portas automáticas em um elevador são absolutamente essenciais. Estão lá 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 são operadas por um motor elétrico, comandado pelo computador do elevador. Você pode ver como funciona um sistema de abertura de uma porta no diagrama abaixo:
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O motor elétrico liga uma roda, que está ligada a um braço de metal. O braço de metal é ligado a um outro braço, que está ligado à porta. A porta pode se mover para trás e para frente a partir de um trilho de metal.
Quando o motor gira uma roda, que está ligada a um longo braço de metal, que empurra o segundo braço e a porta à esquerda. A porta é feita de dois painéis 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 têm um sistema de sensor de movimento que evita que as portas se fechem se houver alguém entre elas.
As portas do carro têm um mecanismo de alavanca que destranca as portas em cada andar e as mantêm abertas. Dessa maneira, as portas só se abrem se houver um carro naquele andar (ou se forem forçadas). Isso evita que as portas se abram quando o elevador não está no andar.
Em um período relativamente curto, os elevadores se tornaram uma máquina essencial. Enquanto as pessoas continuarem a levantar arranha-céus e mais edifícios baixos forem construídos para pessoas com necessidades especiais, os elevadores se tornarão um elemento cada vez mais difundido na sociedade. É verdade que uma das máquinas mais importantes na era da modernidade também se tornou uma das mais legais.
Para mais informações sobre elevadores, incluindo tecnologias do elevador do futuro, acesse os links na próxima página.
