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Introduccin a los transportes en la Ingeniera Industrial. Captulo 1
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1 INTRODUCCIN A LOS TRANSPORTES
El transporte es un sector clave en el desarrollo y bienestar de las sociedades
modernas. El estudio del transporte en la ingeniera abarca disciplinas muy variadas, estando
implicadas en su desarrollo reas tales como la ingeniera industrial, la ingeniera aeronutica,
la ingeniera naval, la ingeniera informtica o la ingeniera de caminos, canales y puertos.
En una primera clasificacin podemos hablar de los siguientes sistemas de transporte:
- Transporte de cargas en la industria.
- Transporte vertical.
- Transporte por carretera.
- Transporte martimo.
- Transporte areo.
- Transporte combinado.
Podemos considerar, de forma general, el transporte como el desplazamiento de
personas o bienes en el espacio utilizando medios especiales. Tambin, desde un punto de
vista econmico, podemos definir transporte como una compleja actividad econmica que
interviene de manera directa en el desarrollo del pas facilitando la movilidad, dotando de
accesibilidad al territorio, etc.
El sector del transporte tiene un importante impacto en la Economa Nacional, impacto
que puede medirse a travs del Producto Interior Bruto, la Formacin Bruta de Capital, la mano
de obra empleada, las inversiones realizadas, los presupuestos nacionales, la energa
consumida y otros ndices. El transporte realiza, por tanto, una funcin transcendente para la
sociedad que se traduce en funciones especficas en los campos poltico, econmico y social
que podemos agrupar en:
Aquellas que contribuyen a la integracin del Estado y a mantener las relaciones
fsicas de los individuos que componen la sociedad.
Aquellas que satisfacen las necesidades de desplazamiento de las personas y
mercancas de los sectores productivos.
Aquellas que colaboran en la mejora de la calidad de vida.
Sin pretender realizar aqu una enumeracin exhaustiva, entre estas funciones
especficas podemos mencionar las siguientes:
Permitir la conexin de los sectores productivos entre s y con los centros de
consumo.
Satisfacer las necesidades de desplazamiento de personas y mercancas.
Favorecer la cohesin econmica y social, permitiendo configurar un territorio
ms equilibrado.
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Dotar de accesibilidad al territorio.
Contribuir a la unidad e integracin del Estado y de las regiones que lo forman,
as como a la integracin comunitaria a travs de la interconexin e
interoperabilidad de las redes nacionales.
Actuar como elemento de integracin social.
Colaborar en la mejora de la calidad de vida, a pesar de los efectos negativos
que pueda ocasionar, principalmente en lo referido a accidentes en carreteras e
impactos medioambientales.
Constituir un elemento en la estrategia y defensa nacional.
Ser una importante actividad productiva del pas, que ocupa a una elevada masa
laboral y que contribuye de forma apreciable al Producto Interior Bruto.
Impulsar el desarrollo de otras actividades econmicas, como pueden ser el
sector de la automocin, bienes de equipo, etc.
2 LOS TRANSPORTES EN EL CONTEXTO NACIONAL
Una medida de la importancia del sector en la Economa Nacional es su participacin
en el Producto Interior Bruto (PIB), es decir, su Valor Aadido Bruto (VAB). As, por ejemplo, en
el ao 2005 el sector del transporte gener un PIB de 2391 millones de euros, que represent
un 4,6% del total y esta cifra aumenta ao a ao. En la tabla 1 puede apreciarse la evolucin
de la contribucin del sector entre los aos 1991 y 1994 y comprobarse esa tendencia alcista.
Tabla 1. VAB a precios de mercado. Precios constantes (en millones de pesetas).
El modo de transporte con mayor participacin es el de carreteras, aportando en torno
a un 52% del PIB del sector. Transporta al 88% de los viajeros interiores y a ms de la mitad de
los que entran o salen de Espaa. En cuanto a las mercancas, de las que circulan por el
interior, el 86% lo hacen por carretera. Es el medio ms utilizado y presenta una clara
tendencia al crecimiento, sobre todo en el transporte interior.
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El transporte ferroviario aporta al PIB del sector el 6,5% y su utilizacin presenta unas
cifras bajas y claramente decrecientes: algo ms del 12% de los viajeros interiores; menos del
4% de los internacionales y slo el 3% de las mercancas.
El transporte martimo aporta al PIB del transporte el 2,4% y, tambin, presenta cifras
de utilizacin bajas y decrecientes: apenas el 0,4% de los viajeros interiores, algo ms del 2,%
de los viajeros internacionales y alrededor del 15% del transporte de mercancas,
fundamentalmente internacionales.
El transporte areo aporta al PIB del sector el 2,2% y es un sector en crecimiento.
Utilizado especialmente para viajeros, transporta a ms del 5% de los viajeros interiores y a
cerca del 70% de los internacionales.
Tabla 2. Consumo energtico de los distintos modos de transporte.
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La tabla 2 muestra el consumo final energtico de los diferentes modos de transporte
que represent, en los aos estudiados, un 42,6% del total frente al 33,5% de la industria o el
23,9% de los hogares. Esta tendencia difiere de los pases comunitarios de nuestro entorno,
donde el transporte, en media, representa un 30,5% del total mientras los hogares estn en el
entorno del 40%.
3 MODOS DE TRANSPORTE
3.1 EL TRANSPORTE DE CARGAS EN LA INDUSTRIA
De gran repercusin en el mbito de la Ingeniera Industrial, el trasporte de cargas en la
industria puede dividirse en dos categoras:
El transporte interior
Gras (puente gra, gra cartela, gra giratoria),
Carretillas elevadoras con sus diferentes tipologas.
El transporte exterior
Gras (gra prtico, gra de construccin, vehculo gra).
Bandas transportadoras.
3.2 EL TRANSPORTE VERTICAL
La infraestructura de los ascensores y montacargas es preciso tenerla en cuenta en la
definicin de la edificacin ya que precisaremos de un hueco adecuado para su instalacin. La
infraestructura de la cabina estar constituida por carriles metlicos especiales. Para el caso de
escaleras mecnicas y andenes mviles, la base de la instalacin la constituye una instalacin
de cadenas.
Es posible hacer una subdivisin dentro del transporte vertical de acuerdo a lo
siguiente:
Transporte de personas
Ascensores
Escaleras mecnicas
Andenes mviles
Transporte de cargas
Montacargas
Elevadores de cangilones
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3.3 EL TRANSPORTE POR CARRETERA
En la actualidad el transporte por carretera est ntimamente ligado al petrleo. Segn
el modelo de Hubbert las reservas de petrleo estn ya en su fase decreciente y los costes del
mismo pueden empezar a elevarse drsticamente debido a una posible disminucin progresiva
de la produccin. Obviamente el transporte por carretera se ver obligado a adaptarse,
progresivamente, a las energas disponibles y esto supondr variaciones importantes tanto en
los sistemas mviles como en las infraestructuras.
Figura 1. Evolucin de los descubrimientos de yacimientos petrolferos y modelo de prediccin de Hubbert.
En nuestro pas el transporte por carretera, como ya se ha mencionado, constituye el
pilar bsico del transporte interior, tanto de personas como de mercancas, siguindole a
mucha distancia en el primer caso el ferrocarril y en el segundo caso el transporte martimo. En
el caso del transporte internacional de pasajeros el transporte por carretera sigue siendo el
mayoritario, seguido del transporte areo y solo en el trfico internacional de mercancas el
transporte terrestre se ve ampliamente superado por el transporte martimo.
En lo que se refiere a densidad de carreteras, como podemos apreciar en el grfico de
la figura 2 el pas con mayor densidad de carreteras es Irlanda con, en torno a 26 kilmetros
por cada 1000 habitantes. Espaa ocupa el sptimo lugar con 8,34 kilmetros por cada 1000
habitantes.
Para analizar con ms precisin la infraestructura en el contexto de la interaccin
sistema mvil infraestructura, podemos valorar el ndice de motorizacin. As, al igual que
Espaa presenta una densidad de carreteras y de una densidad de autopistas inferior al de
otros pases europeos industrializados, tambin el ndice de motorizacin es inferior al de
estos. No obstante los datos de los ltimos aos y que no se recogen el grfico de la muestran
un claro aumento del ndice de motorizacin de nuestro pas.
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Figura 2. Densidad de carreteras, en kilmetros por cada mil habitantes para diversos pases.
Figura 3. ndice de motorizacin de diversos pases europeos.
3.4 EL TRANSPORTE FERROVIARRIO
En Espaa el transporte ferroviario tiene un papel importante en lo que se refiere el
transporte de pasajeros, representando en torno a un 8% del total, por detrs del 9,2% de
Francia pero por delante del 6% de Alemania o del 7% de Italia. A su vez esa presencia es
mayor en el trfico interior de pasajeros, situndose en segundo lugar, por detrs del transporte
por carretera.
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Por otro lado, la cuota de participacin del transporte ferroviario en el trfico de
mercancas es muy baja en comparacin a los pases de nuestro entorno y no llega a alcanzar
el 7% del total.
En transporte internacional de pasajeros el ferrocarril se encuentra muy por debajo de
la carretera y del transporte areo, siendo ligeramente superior al transporte martimo. En
cuanto al transporte internacional de mercancas, la presencia del ferrocarril es meramente
testimonial y despreciable frente al transporte martimo y la carretera.
En cuando a la red esta no ha dejado de crecer en los ltimos aos, especialmente en
lo que a transporte de pasajeros se refiere con la incorporacin de nuevas lneas de AVE, sin
embargo el trfico de mercancas apenas se mantiene y muestra tendencia a disminuir.
3.5 EL TRANSPORTE MARTIMO
El puerto como punto de enlace entre el transporte terrestre y el martimo est
sufriendo una importante transformacin en materia de transporte. Las antiguas gras de
puerto estn siendo sustituidas por sofisticadas y rpidas gras de plataforma giratoria y
portacontenedores as como gras instaladas en la propia cubierta del buque. Hoy en da la
gra prtico sobre neumticos y la carretilla elevadora portacontenedores son sistemas muy
habituales y que han aumentado la eficiencia del transporte portuario de forma muy notable,
complementando el trabajo de las grandes gras citadas al comienzo.
El trfico martimo est adaptndose muy rpidamente a la normalizacin internacional
y en este sentido el contenedor est jugando un papel central y hoy se ha convertido en un
sistema bsico de transporte multimodal.
En nuestro pas el trfico martimo es el ms importante de todos los modos de
transporte en lo se refiere al transporte internacional de mercancas, duplicando al segundo
que es el transporte por carretera. Sin embargo, en el transporte de pasajeros tiene un papel
testimonial y muy inferior a los dems modos de transporte.
3.6 EL TRANSPORTE AREO
En la ltima dcada el transporte areo ha ido cobrando una importancia creciente,
tanto dentro como fuera de nuestras fronteras. El trfico de mercancas, pese a haberse
incrementado, sigue ocupando un lugar muy discreto debido en parte a los costes de
manipulacin de la carga pero principalmente a la fuerte competencia del transporte por
carretera.
3.7 EL TRANSPORTE COMBINADO
Se denomina transporte combinado a la unin coordinada de dos o ms modos de
transporte, en un contexto relacionado con la intermodalidad.
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Sistema ferrocarril-carretera
- Carretera rodante.
- Semirremolque en vagn o plataforma, asistido por gra/carretilla.
- Cajas mviles, asistido por gra/carretilla.
- Contenedores, asistido por gra/carretilla.
Figura 4. Transporte combinado: carretera rodante.
Figura 5. Transporte combinado: semirremolque en vagn o plataforma.
Sistema martimo-ferrocarril
- Ubicacin de carriles en el interior del barco.
- Contenedores, asistido por gra/carretilla.
Figura 6. Transporte combinado: carriles en el interior del barco.
Sistema martimo-carretera
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- Buques ferry, mediante rampa.
- Contenedores, asistido por gra/carretilla.
4 EVOLUCIN HISTRICA
4.1 LA ANTIGEDAD
Los primeros dispositivos de elevacin y transporte fueron las palancas, las poleas, los
rodillos y los planos inclinados. La realizacin de grandes trabajos de construccin con este
tipo de equipamiento exiga una enorme cantidad de gente. Un ejemplo lo tenemos en la
construccin de la pirmide de Cheops (siglo XXII a.C.) de 147 metros de altura compuesta de
prismas de piedra cada uno de 9x2x2 metros cbicos de tamao y 90 toneladas de peso
aproximadamente. Su construccin dur aproximadamente 20 aos y mantuvo ocupadas
permanentemente a cerca de cien mil personas segn las estimaciones.
Hacia 2820 a. J.C. se obtienen en China fibras resistentes a partir de la planta del
camo, precursores de los actuales cables de acero. Los elevadores de palanca, prototipos
primitivos de nuestros aparatos elevadores actuales con una pluma en voladizo se utilizaban en
China e India para elevar agua ya en el siglo XXII a.C.
Hacia 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 ros con el fin de regar los
campos. Desde el punto de vista
mecnico, el shadoof se basa en la ley
de la palanca. La mecnica aplicada en
las culturas que viven junto al Eufrates y
el Nilo est dominada por cuatro
elementos fundamentales: el plano
inclinado, la cua, el rodillo y la palanca.
El shadoof llega a su mxima expresin en la gra egipcia que se emplea en la
construccin. En este caso, se elevan tambin las cargas fijas al brazo de menor longitud de
una gran palanca, cuyo eje de giro se encuentra situado en el extremo superior de un mstil.
Sin embargo, el brazo ms largo es accionado aqu a mano por varios hombres, es decir, stos
tiran de l 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 mstil.
Figura 7. Shadoof
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4.2 DE LA POLEA DE CABLE A LA RUEDA DE GRA
Hacia 1510 a.C. se aplica en Mesopotamia la rueda a dispositivos mecnicos,
convirtindose de este modo en un instrumento para la utilizacin de las fuerzas y la
simplificacin de los trabajos. Gracias a ello, la resistencia debida a la friccin se reduce a la
reinante entre el eje y el cojinete. La polea de cable resulta especialmente importante para
transformar fuerzas sin que se produzca una friccin en la cuerda. No se sabe si la polea de
cable se emplea ya en Mesopotamia o si se utiliza en Egipto hacia esta poca a modo de polea
sencilla.
Los habitantes de Mesopotamia utilizan como primera mquina accionada por fuerza
muscular ruedas huecas de varios metros de dimetro, en cuyo interior o sobre cuya superficie
externa corre una persona. La fuerza generada por dichas ruedas se emplea al principio para
accionar dispositivos de extraccin de agua.
Hacia 700 a.C. los mecnicos griegos desarrollan la tcnica de la descomposicin 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, partiendo de un punto fijo,
primero alrededor de la polea mvil y despus de la fija. Estirando del extremo libre, la carga se
desplaza nicamente la mitad de la distancia que lo hace el extremo libre.
El periodo grecorromano (siglo X a.C. a siglo V d.C.) constituye una etapa de gran
impulso en la evolucin de la tecnologa de la elevacin. Un elemento clave para la elevacin
es la polea compuesta. Su origen se remonta a la Grecia clsica. Euripides (480 - 406 a.C.)
represent un paso atrs respecto a Esquilo y Sfocles desde el punto de vista de la tcnica
dramtica, tal como apunta Aristteles. En vez de desarrollar una accin, como hacan Esquilo
y Sfocles, mandaba un mensajero a resumirla en el escenario en forma de prlogo, confiaba
al coro grandes parlamentos y cuando el enredo se embarullaba hacia bajar de lo alto (el
theologein, o techo de la skene) un dios que lo resolva con un milagro (su caso ms tpico es
el descenso de Apolo en Orestes). De aqu la clebre mxima Deus ex machina ya que este
dios era bajado mediante una polea, pues de otra forma la maniobra era realizada con grandes
apuros.
Tres inventores griegos deben ser mencionados en la Historia de la elevacin Ctesibio,
padre de la hidrulica, Arqumedes, descubridor del tornillo sin fin y Hern de Alejandra,
inventor de la polea compuesta.
Ctesibio que vivi en Alejandra hacia 270 a.C. mont en la barbera 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 fabric el primer cilindro provisto de un mbolo, al que cabe
considerar como la primera bomba de pistn. Fue el primero en utilizar una rueda dentada.
Tambin sugiri el uso de muelles de bronce como medio de acumulacin de energa.
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Arqumedes (287 - 212 a.C.) adems de descubrir el tornillo sin fin, principio en el que
se basan los elevadores y transportadores utilizados hoy en da, desarroll un dispositivo
elevador que funcionaba con cables de camo y poleas movidas por el hombre.
4.3 IMPULSO DE LA MECNICA
En el siglo III a.J.C., Arqumedes descubri las leyes de la palanca. Este griego, que
viva en Siracusa, cre un sistema terico sobre la multiplicacin de la fuerza que se consigue
con la palanca, el efecto de la cua y la utilizacin del plano inclinado y de la polea, fenmenos
que desde haca milenios venan aprovechndose como algo evidente. Desarroll una extensa
teora acerca de los polipastos con las transmisiones de fuerza 2:1, 3:1 (tripastos) y 5:1
(pentapastos).
Construy tambin un polipasto, en el que varias cuerdas discurran paralelas por
numerosos rodillos, con lo que se distribuan entre s la fuerza de cargas muy pesadas. Sin
embargo, fueron los romanos y no los griegos, los que sacaron un rendimiento prctico a estos
trabajos tericos; lograron la realizacin tcnica; disponan de las cuerdas de resistencia
suficiente, y, con el curso del tiempo, incluso de cordeles de alambre. Con el principio del
polipasto, los romanos construyeron grandes gras para cargas muy pesadas, con uno o dos
rboles inclinados, sujetos mediante cabos.
La mayora de estas gras podan bascularse y en la cubierta del navo insignia del
emperador Calgula, incluso se instal una giratoria que se mova sobre una plataforma
redonda, apoyada en cojinetes de bolas. No obstante, qued como una pieza nica. La tcnica
de los cojinetes no logr prosperar, pues faltaban los mtodos adecuados para la fabricacin
de las bolas.
Sin duda, Hern de Alejandra (siglo I d.C.) dio un impulso importante a varias tcnicas
relacionadas con la elevacin. En su obra Mechanica, adems de la cua, el tornillo y la rueda
con un eje, describe la polea compuesta. Todos se basan en el mismo principio de la palanca:
una pequea fuerza que acta desde una gran distancia se transforma en una gran fuerza que
acta desde una pequea distancia. Tambin Hern describi los trenes de engranajes,
aunque su utilidad fue muy limitada debido a las prdidas de potencia que resultaban de los
primitivos mtodos de construccin.
En el siglo II a.C. se utilizaba en Egipto la llamada rueda persa o saqiya, que consista
esencialmente en recipientes dispuestos alrededor de la circunferencia de una rueda, la cual
giraba mediante energa humana o animal, introducindolos en el agua, sin duda el primer
prototipo de nuestro actual elevador de cangilones. Vitruvio, tcnico romano en el siglo I d.C.
dise un molino hidrulico que funcionaba como esta rueda persa pero en sentido contrario.
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Figura 8. Saqiya
En la antigua Roma al ascensor era ya conocido. Se dispone de una descripcin
detallada del ascensor instalado en el Palacio de Nern. Segn la documentacin hallada, la
cabina estaba construida con madera de sndalo oloroso, estaba suspendida de un cable de
camo y guiada por cuatro carriles de madera dura. Un cojn de cuero de un metro de espesor
unido al suelo de la cabina serva de dispositivo de seguridad. El foso del hueco estaba
construido en forma de cono de forma que el cojn se enclavaba en l en caso de rotura del
cable amortiguando as el efecto de la cada. Los esclavos movan la cabina por medio de un
torno que era accionado despus de haber recibido una orden de marcha, por medio de una
campana. Las marcas de colores en el cable indicaban la posicin de la cabina. La altura de
elevacin alcanzaba los 40 metros.
El cable metlico ms antiguo conocido es el encontrado en Ponpeya. Est compuesto
por 57 hilos de bronce entrelazados, de 0,7 mm de dimetro y 4,5 metros de longitud.
Probablemente se empleaba en la marina. Los hilos de este cable no estaban trefilados, sino
que estaban o bien forjados o bien troquelados en cintas estrechas en la chapa. Ningn
manuscrito confirma el empleo de hilos en la produccin de cables.
4.4 LA EDAD MEDIA
De este periodo (siglo V d.C. a XVII d.C.) se conocen instalaciones de elevacin que
apenas se diferencian de las antiguas. El desarrollo del comercio, la navegacin y la industria
en los siglos XI y XII contribuy a perfeccionar las mquinas de elevacin y a ampliar los
sectores de aplicacin. La catedral de Sofa en Novgorod (Rusia) en el siglo XI puede citarse
como ejemplo de aplicacin de sistemas de aparejos complejos.
Leonardo da Vinci parte de problemas agudos, buscando para ellos soluciones de tipo
tcnico. De este modo, crea una gra mvil para facilitar las labores de construccin en las que
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hay que elevar cargas pesadas. Dicha gra est montada sobre un vehculo y se gobierna
desde arriba mediante un cable tensado. El ginche de cable puede accionarse con una
manivela dotada de transmisin por ruedas dentadas. Gracias a ello es posible elevar una
carga. El gancho que sujeta la carga dispone un dispositivo automtico accionado a distancia
para soltarla.
Para hacer navegables los ros 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 slo como conceptos sin elaborar
sino que soluciona todos los detalles relacionados con ellas e inventa as una serie de nuevos
elementos para las mquinas. Tornillos sin fin, engranajes helicoidales, una cadena articulada y
diversos cojinetes de rodillos y bolas, as como rodamientos axiales.
En cuanto a la reapertura de antiguos pozos, tiene especial importancia el dominio de
los dispositivos de bombeo de agua, es decir, de los mecanismos que permiten secar las
galeras profundas.
Georg Bauer (1490-1565) trabaj como mdico en los centros mineros de Sajonia y su
obra De re metallica, del ao 1556 constituye una gua exacta de los sistemas empleados
durante la alta Edad Media en una industria altamente tradicional. En De re metallica, aparece
el esquema de un aparato de elevacin en una mina. No existen diferencias significativas
respecto a periodos primitivos excepto en lo que se refiere a una vagoneta que deba correr por
un surco.
El libro titulado The English improver improved (1652) habla de sistemas de elevacin y
describe el elevador de cangilones entre otros sistemas tales como tales norias, molinos o
arcaduces.
En el siglo XV, uno de los ms notables aparatos realizados es la gra de Trier, que
constituye el monumento principal de la ciudad alemana de Moseta. Es una gra de columna
de madera que lleva en la parte superior otras dos vigas horizontales tambin de madera
contrabalanceadas mutuamente por dos riostras de hierro. La columna lleva en su base una
espiga de hierro y apoya en un tejuelo del mismo material. La cadena tractora se arrolla en un
tambor soportado por la misma columna. La carga a elevar se estima en valores superiores a
2,5 toneladas. Esta gra est encerrada en un edificio monumental en forma de torre.
En diversos grabados del siglo XVII se muestran muelles de descarga donde se
aprecia una notable actividad portuaria y se observan gras simples en voladizo.
Sobre el ao 1630 se estima la construccin de una interesante gra en la ciudad
alemana de Augsburgo. Consista en una columna de madera mantenida verticalmente por
cuatro tirantes del mismo material. La columna, en su parte superior, alojaba una viga
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horizontal o pluma en voladizo. Un tambor y un sistema de poleas componan el circuito de
elevacin. La potencia de elevacin era obtenida mediante una rueda de gran dimetro
acoplada al tambor. Siguiendo los esquemas clsicos aparecidos en el siglo I d.C., varios
hombres, con su propio peso elevaban la carga. Era notable el progreso en el rendimiento de la
transmisin ya que dos hombres de 75 kg elevaban 600 kg. La carga mxima era de 10
toneladas.
Figura 9. Gra de Trier.
En el ao 1769 se traslad desde las orillas del ro Neva hasta San Petersburgo un
monumento a Pedro I de 1000 toneladas de peso. El transporte por tierra se llev a cabo
mediante bolas de cobre dispuestas en canales revestidos con chapas de cobre y con ayuda
de tornos aparejos. Se puede afirmar que este mecanismo es el primer prototipo de rodamiento
de bolas.
4.5 APARICIN DEL ASCENSOR
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 principio 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 ltimos
pasan por la mercanca que hay que elevar, cargndola. En el punto superior, donde se
modifica el sentido de la marcha, los cangilones se vacan a consecuencia de la accin de la
gravedad.
En lo que se refiere a nuestro pas, cabe mencionar el Catlogo del Real Gabinete de
Maquinas publicado en 1794 por Juan Lpez de Pealver. En este catlogo aparecen varios
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planos de mquinas de elevacin existentes en aquella poca. Es de inters remarcar las
mejoras mecnicas implantadas en las minas de Almadn en el sistema de bajada y extraccin
de mineral y material en los pozos de las citadas minas. El autor de estas contribuciones fue
Agustn de Betancourt y la informacin detallada de sus sistemas est contemplada en el
captulo Memorias de las reales Minas de Almadn.
Tambin aparece un interesante documento donde se plantea la utilizacin de los
cables metlicos con tcnicas no muy idneas ya que se advierte que los ingenieros franceses
utilizaban nicamente cables de tres cordones mientras que los britnicos utilizaban nueve
consiguiendo secciones ms redondeadas y por lo tanto con mayor duracin al ser su paso por
las poleas mucho ms tolerable. Tambin se expone por el autor de este documento, Juan
Lpez de Pealver que en el siglo XVIII los dimetros de las poleas no guardaban ninguna
relacin con el dimetro del cable, algo que l considera trivial pero no practicado. Este
comentario es de obligado cumplimiento en los ascensores de hoy en da.
4.6 EL VAPOR COMO SISTEMA DE TRACCIN
Solo cuando James Watt invent la mquina de vapor comenz a considerarse la
posibilidad de utilizar esta forma de energa para los dispositivos de elevacin, hacindose uso
de ella por primera vez para subir el mineral desde el fondo de una mina de carbn hacia el
ao 1800. A principios del siglo XIX, hicieron su aparicin gras movidas por mquinas de
vapor que se usaban bsicamente para el transporte vertical de carga, solo ocasionalmente de
personas.
Merece la pena mencionar el ascensor Teagle desarrollado en Inglaterra en 1845.
Este elevador accionado hidrulicamente contemplaba ya el concepto de la polea de traccin
con contrapeso, aspecto que se aplica hoy en nuestros das a la gran mayora de los
ascensores. El accionamiento era llevado a cabo por los propios usuarios que desplazaban el
cable manualmente desde la cabina.
Los resultados eran con frecuencia desastrosos porque los cables eran de camo y
no haba medio de detener la plataforma en caso de rotura del cable.
En 1845 Sir William Thompson dise el primer ascensor hidrulico para elevar cargas.
En 1850, se utilizan por primera vez en Estados Unidos montacargas movidos por vapor,
instalndose en ese mismo ao el primer sistema de corona y tornillo sin fin para mover un
gran tambor de arrollamiento. Sin embargo los industriales y el pblico en general seguan
esperando el ascensor de aplicacin universal, vlido 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 implanto Elisha
Graves Otis. Elisha Graves Otis naci en 1811 en Vermont (Estados Unidos). Trabajando como
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mecnico especia-lista en una empresa de camas, en 1852 fue enviado a Yonkers (Nueva
York, USA) para montar una nueva factora e instalar su maquinaria. All dise e instal lo que
l llam el ascensor seguro, el primer elevador con un dispositivo automtico de seguridad que
evitaba la cada del elevador cuando el cable se rompa. Al ao siguiente abandon la empresa
y fund una pequea factora en Yonkers, vendiendo el primer ascensor el 20 de Septiembre
de 1853.
En el ao 1854 hizo una demostracin pblica en el Palacio de Cristal de Nueva York,
elevando su ascensor a una cierta altura y cortando el cable de sustentacin, mostrando la
seguridad de su aparato. Su ascensor hidrulico dispona de un sistema de seguridad
consistente en una cabina con trinquetes que unos resortes obligaban a engranar con muescas
dispuestas a los lados del foso del ascensor en el momento que rompa el cable.
El 23 de Marzo de 1857 instal el primer ascensor para personas en los Grandes
Almacenes E.V. Haughwout & Co. en la ciudad de Nueva York. Era movido por una mquina
de vapor, el edificio tena cinco plantas e iba dotado con un equipo de elevacin apto para
450kg. a 0,20 metros/segundo.
En 1867 el francs Leon Edoux present en la Exposicin Universal de Pars, un
aparato elevador que utilizaba la presin del agua, para elevar una cabina montada en el
extremo de un pistn hidrulico. El ascensor Edoux tuvo una gran difusin por todo el mundo,
sobre todo cuando se multiplicaron sus posibilidades de velocidad y recorrido, con un
perfeccionamiento del sistema que se denomin de accin indirecta, en el que el mbolo no
impulsaba la cabina directamente, sino un juego de poleas, o una cremallera y un tambor, que
enrollaba y desenrollaba uno o varios cables de los que se suspenda la cabina.
Un ao ms tarde se completa la construccin de la primera fbrica de ascensores, 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 realizacin de altos edificios. Se
construye entonces el inmueble comercial ms alto de la poca: el edificio Monadnock, de
Chicago, con 16 plantas. La altura de las edificaciones estaba limitada, hasta entonces, por el
peso que las paredes de ladrillo podan soportar.
El ascensor hidrulico se utiliza por primera vez en 1878, utilizando agua en lugar de
vapor, para simplificar las instalaciones y conseguir mayores velocidades y recorridos. Los
ascensores hidrulicos se perfeccionaron hasta lograr con ellos alturas y velocidades muy
eleva-das. En 1908, se instal un ascensor el City Investing Building de Nueva York, de 1360
kg de carga, 3 m/s de velocidad y un recorrido de 108 m.
Los ascensores hidrulicos tenan un funcionamiento silencioso y bastante seguro, con
arranques y paradas suaves, y una precisin de parada relativamente alta. Sin embargo,
pesaban en su contra su complicado y voluminoso equipo de bombeo, que utilizaba presiones
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de agua hasta de 7 MPa, su elevado coste de instalacin y el gran consumo de agua que
necesitaban, cuyo precio empez a resultar prohibitivo para esta aplicacin.
As, a finales del siglo pasado, le hicieron perder rpidamente la popularidad en favor
del ascensor elctrico que, en pocos aos, sustituy al parecer definitivamente al ascensor
hidrulico en los edificios de viviendas, aunque como veremos se vuelve a utilizar en una
versin modernizada.
La limitacin de los edificios en altura desaparece en 1885, al haber diseado 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 tcnica de construccin de edificios de mayor altura, si bien no se poda
afrontar todava la edificacin de grandes rascacielos, debido a las dificultades que entraaba
el trfico vertical, problema resuelto por Otis en los aos siguientes.
Fue evidente en esta primera etapa del ascensor para personas que Estados Unidos
tom la delantera a Europa. Hasta tal punto fue as que en la Exposicin Universal de Pars en
1889, se present la Torre Eiffel con ascensores americanos de la Otis Elevator Company a
pesar de haber prohibido los directores de la Exposicin el empleo de materiales extranjeros en
la construccin de la torre, ya que Gustave Eiffel no encontr ningn constructor francs fiable
que se hiciera cargo del diseo de la construccin de los ascensores que haban de funcionar
en el interior de las patas curvadas de la torre .
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 ascensores que suban en
las etapas segunda y tercera hasta la cspide eran de fabricacin francesa). El ascensor
hidrulico haba sido mejorado de tal forma que los tres ascensores sucesivos que haba en la
citada torre llevaban al visitante a la cspide en tres etapas en siete minutos.
4.7 APARICIN DE LOS FERROCARRILES AREOS DE MERCANCAS
Gracias al descubrimiento del cable de acero, el ingls Robinson registra, en 1856, una
patente de telefricos unicables, y Hodgson, en 1867, instala, siguiendo esta patente, unos
telefricos a los que se llama telefricos de tipo ingls. Pearce Roe mejora, en 1890, este
sistema de construccin introduciendo unos dispositivos de enganche, carros de dos rodillos
girando (o rodando) a una velocidad de 2,5 m/s y vagonetas de un peso de 500 kg.
Un poco ms tarde, en 1859, aparecieron los primeros blondines de cables, simples
hilos de acero de 6 a 8 mm de dimetro, anclados a sus dos extremidades y empleados para el
transporte de madera.
En 1861, el funcionario alemn Franz-Fritz barn von Decker, construye en Bad
Oeynhausen diversos telefricos para el transporte de materiales, empleados en particular para
trasladar carbn o menas de metales. Como cable portador se emplearon barras de acero de
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media pulgada, lo que obliga a clasificar estos transportadores no entre los telefricos, sino
entre los monorailes. El empleo de rales fijados por suspensin no era una novedad: ya haban
sido utilizados por Von Prittwitz en Poznan en el ao 1834, aunque hechos de madera. Dado
que en la prctica resultan extremadamente tiles, este tipo de instalaciones se extendi con
rapidez por toda Alemania.
Hacia la misma poca, en 1868, el ingeniero Cypher emprende, independientemente
de los trabajos llevados a cabo en Europa, la construccin del primer telefrico bicable
americano sobre pilar de madera en una mina de Colorado. Once aos ms tarde, en 1879,
Dncker construy un telefrico bicable en circuito cerrado durante los trabajos de fortificacin
de Metz; su longitud es de 1923 m y su desnivel de 41 m. Este telefrico que tena en cuenta
los trabajos de Hodgson y de Cypher, estaba fijado a pilones de madera equipados con
zapatas para el cable portador y con poleas para el cable tractor.
Las canastillas posean dispositivos de enganche a tornillo siguiendo una patente de un
ingeniero austraco, Theobald Obach, que haba construido un telefrico de circuito cerrado
provisto de dispositivos de acoplamiento en la mina de Zagoria, cerca de Hrastnik, en
Eslovenia. La firma "Felten & Guillaume" as como la firma "Pohlig", instalaron telefricos de
mercancas siguiendo esta patente.
Durante el mismo ao, Konig comenz la obra, en Schlierental, cantn de Unterwalden
(Suiza), de un telefrico de una longitud de 2100 m para una pendiente de 1:3, utilizando la
fuerza de la gravedad para el transporte de madera.
En 1880 se fundan las primeras firmas de construccin de telefricos: Bleichert, en
Leipzig, y Pohlig en Colonia.
Al mismo tiempo, en Rusia, se desarrollan los telefricos cada vez ms: el peridico,
Wiestnik Obszczestwa Tiechnologow de 1904 indica que haba en Rusia 80 telefricos en
servicios.
4.8 APARICIN DE TELEFRICOS DE VIAJEROS
Todos los telefricos descritos hasta aqu estaban destinados nicamente al transporte
de mercancas. Sin embargo en los pases de ultramar, como Argentina, China y frica oriental,
se comenz igualmente a transportar a los obreros de este modo sobre las obras de los
embalses o en las minas. Con este fin, se fabricaron canastillas especiales que se desplazaban
al mismo tiempo que las vagonetas de mercancas.
El primer telefrico destinado nicamente al transporte de personas fue construido en
1866 en Schaffhausen por Ritter, para permitir controlar las turbinas instaladas sobre el Rhin.
Este telefrico permaneci en servicio hasta el ao 1899; su longitud era de 101 m; tena 4
cables portadores y transportaba dos personas por canasta.
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La firma Bleichert instala un telefrico en Hock (Alemania), sobre el mar. En 1901 se
construye en Rochwitzer un telefrico monorail, que todava permanece en servicio.
El primer transportador de plano inclinado fue el telefrico construido en 1907 por
Torres y Quevedo sobre el Pena Aquila en San Sebastin. Este telefrico constaba de una
vagoneta puesta en movimiento por dos cables tractores, sobre una lnea formada por 6 cables
portadores (de 280 m de longitud y un 10% de rampa). La estacin motriz y de tensin se
encontraba en la cima de la lnea.
El citado ingeniero e inventor espaol Leonardo Torres Quevedo gana en 1914, un
concurso internacional convocado para la construccin de un transbordador sobre las cataratas
del ro Nigara (Canad). Torres Quevedo haba realizado ya, en Portolin (Santander), ensayos
con diversos transbordadores salvando 40,2 m y finalmente 2 km de luz, si bien no encontr la
acogida que esperaba. Ahora gana el concurso gracias a su diseo de un transbordador
extremadamente seguro, que incorpora un sistema muy ingenioso en el que la rotura de uno de
los seis cables que aguantan el aparato no aumenta la tensin en los cinco restantes, por lo
que no se incrementa el peligro de rotura de los dems. Tiene 546 m. de longitud y es
unicabina (para 46 viajeros). El transbordador, conocido con el nombre de Niagara Spanish
Aerocar funciona todava hoy.
En 1909, un telefrico de circuito cerrado de una longitud de 2100 m, con una
diferencia de nivel de 1810 m (es decir, para una diferencia de altitud de 1990 a 3800m sobre
el nivel del mar), fue construido en Colorado, sobre el Sunrise. Estaba provisto de 26
vagonetas descubiertas de 4 plazas con dispositivos de acoplamiento.
En la exposicin de Turn, en 1911, se montaron dos telefricos horizontales sobre el
Po. El primero, con movimiento de va-y-ven, tena dos cabinas de 12 plazas; su longitud era de
114 m y el dimetro del cable portador de 50 mm. El segundo, de circuito cerrado y con una
longitud de 280 m, constaba de 15 cabinas de 4 plazas desplazndose a una velocidad de 1
m/s; los dos estaban provistos de dispositivos de acoplamiento.
4.9 EL CONGRESO DE PARS DE 1889
La importancia del Congreso fue de primer orden debido fundamentalmente a la poca
en que se dio pues, al haberse aplicado la energa elctrica de forma reciente, el hombre
buscaba solucin a los problemas tcnicos suscitados por las nuevas tecnologas y energas.
Algunas contribuciones se citan a continuacin:
En el ao 1867, entre las primeras gras portuarias, se construy una gran gra de
puerto de 50 toneladas de alcance variable. Mediante un mecanismo articulado y la traslacin
de una sobreestructura auxiliar, se obtena una trayectoria de la carga de apenas variacin
vertical. Una mquina de vapor accionaba los mecanismos de traslacin y elevacin. Con esta
construccin, la compaa Fives-Lille obtena un aparato sofisticado de elevado rendimiento
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debido a que la carga en el desplazamiento horizontal no generaba ningn cambio apenas en
su energa potencial. En consecuencia, la potencia necesaria era mnima.
Las empresas inglesas Hunter y English construyeron en el ao 1886 una interesante
gra a bordo movida por una mquina de vapor. La peculiaridad del aparato resida en su
capacidad de carga, ya que, por ejemplo, su carga mxima de elevacin a 16 metros era de 50
toneladas.
El tcnico M. Guyenet dise en el ao 1888 un moderno carro de puente gra. En el
citado elemento, mediante las recientes aplicaciones de la electricidad, se consegua accionar
los mecanismos de maniobra de elevacin de la carga. As mismo, los frenos actuaban con
mecanismos de seguridad. El resultado del diseo fue la consecucin de uno de los primeros
carros elctricos con dispositivos de seguridad elctricos en la frenada. Este proyecto a la vez
que ambicioso era un preludio de lo que iban a ser los prximos aos en la evolucin de la
gra, ya que la seguridad iba a ser un tema de investigacin de primera lnea.
4.10 LA TRACCIN ELCTRICA
El primer ascensor elctrico hizo su aparicin en 1889 en el Demarest Builing en Nueva
York. Fue una modificacin directa del primitivo ascensor con tambor accionado a vapor pero
sustituyendo esta fuente de energa por la elctrica mediante un motor de corriente contina.
Este ascensor contino en servicio hasta 1920, ao en que se demoli el edificio. El primer
ascensor con pulsador automtico de llamada se instal en 1894.
El ascensor elctrico, tuvo desde sus comienzos un gran xito, por su menor coste de
instalacin y funcionamiento pero tena el inconveniente de la poca precisin de sus paradas.
Este defecto fue corregido totalmente con la instalacin de los grupos de regulacin de
velocidad Ward Leonard, que todava se utilizan en la actualidad como veremos ms adelante.
Con la tremenda actividad arquitectnica que caracterizo a los comienzos del siglo XX
y el creciente tamao y altura de los edificios construidos en aquellos aos, aspectos tales
como cantidad, tamao, velocidad y localizacin de los ascensores comenzaron a plantearse.
Con estas cuestiones, naci la tecnologa del trafico vertical.
Un razonamiento errneo pero tpico en aquel tiempo era Joe Doe tiene dos
ascensores en su edificio y todo funciona bien. Como mi edificio es el doble de grande,
implantare dos ascensores de tamao doble que el de Joe Doe. Enseguida se vea 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 estimularon el estudio del trfico vertical.
Los ascensores cambiaron drsticamente a principios del siglo XX. Conforme la
electricidad se iba extendiendo por todo el mundo, el ascensor hidrulico iba desapareciendo
dando paso al ascensor elctrico con polea de traccin. El ascensor accionado por tambor (el
pionero) estaba limitado por el tamao del tambor, el hidrulico por la longitud del cilindro.
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Mientras que el ascensor elctrico con polea de traccin aparece en 1903 no presentaba
ningn inconveniente de esta naturaleza, de hecho corresponde al tipo standard que tenemos
hoy en da.
Este tipo de ascensor no tiene limitacin en altura, como ejemplo sirva la instalacin en
una mina en Sudfrica que desciende a una profundidad de 600 metros.
El ascensor elctrico con polea de traccin se desarroll con una impresionante
rapidez, quedando como aplicaciones estelares el Singer Building (185 ni), el Metropolitan Life
Tower (212 m) y el Woolworth Building (236 m) todos ellos construidos en Nueva York en 1912.
Durante el siglo XX, todos los aparatos de elevacin y transporte: gras, ascensores,
telefricos, etc. mantienen los principios de funcionamiento cimentados lentamente durante
ms de 3.000 aos. Ahora bien, sufren una impresionante transformacin en lo que se refiere a
la implantacin de la electrnica, automtica, control y nuevos materiales. Estos cuatro pilares
han revolucionado drsticamente la industria del transporte terrestre en lo que se refiere a
seguridad, rapidez, economa, confort, ligereza, resistencia y esttica, pero hay que subrayar
que los principios en los que se basan siguen siendo los antiqusimos cable y polea, y los
sistemas de traccin son los acuados en el siglo XIX: los motores elctricos y los sistemas
hidrulicos.