APUNTES TRANSPORTACIÓN VERTICAL CUI

DOMÓTICA-TRANSPORTACIÓN VERTICAL EN EDIFICIOS M. EN C. JAVIER MOLINA GONZÁLEZ

CENTRO UNIVERSITARIO DE IXTLAHUCACA

Arquitectura

Domótica

“Transportación Vertical en Edificios”

M. en C. Javier Molina González


EQUIPO DE TRANSPORTACIÓN VERTICAL EN EDIFICIOS

ANTECEDENTES

El ascensor es un útil mecanismo que se instala en los edificios para el traslado de personas u objetos de un piso a otro.

Desde tiempos antiguos, en la edad media y hasta el siglo XIII, se utilizó la fuerza humana o animal como fuente para mover dispositivos de transporte como son los elevadores.

Aún cuando su invención data de principios del siglo XIX, su uso no llegó a generalizarse en el mundo civilizado sino hasta principios del siglo XX con el advenimiento del ascensor eléctrico.

Es así que entre las grandes urbes mundiales, Nueva York está considerada como la ciudad de los ascensores por excelencia. La razón es obvia, construida en una estrecha isla, sin espacio para extenderse más, la ciudad tuvo que crecer hacia arriba en un hacinamiento de rascacielos.

En 1850 se introdujeron como fuente de poder para mover elevadores los sistemas hidráulicos y de vapor, y fue en 1852 cuando Elisha Graves Otis inventa el primer elevador seguro.

En efecto ya en ésta época había edificios de tres o cuatro pisos dotados de ascensores hidráulicos un tanto rudimentarios, estos consistían de una plataforma o caja colocada sobre el extremo superior de un largo émbolo montado en un cilindro, para hacer subir el émbolo se inyectaba agua en el cilindro; para hacerlo descender se accionaba una palanca que hacia salir el agua del cilindro y ésta pasaba a un depósito para volverla a utilizar repetidas veces.

Continuó la era de los rascacielos introduciéndose el ascensor eléctrico, apropiado para emplearse en edificios de muchos pisos. En los primeros modelos la jaula del ascensor pendía de un cable de acero que se enrollaba en un tambor, colocado en la parte más alta del pozo, un motor eléctrico hacia funcionar el tambor. En modelos recientes se ha desechado el tambor para sustituirlo por una polea movida directamente por el motor, por ésta polea pasa el cable del que penden en un extremo la jaula del ascensor y en otro un contrapeso.

Como medida de seguridad, el contrapeso era colocado de tal manera que llega al fondo del pozo antes de que la jaula del ascensor pudiera chocar contra la polea de arriba, pero no esta ésta la única medida adoptada para evitar accidentes, de hecho, son tan numerosos los dispositivos de perfeccionados en años recientes que parece casi imposible que pueda registrarse el menor percance.

En 1921 se publicó la primera edición del Código de Seguridad para Elevadores A17. Desde 1937, treinta y nueve ediciones y suplementos a éste código se han publicado y desde hace 18 años una nueva edición se publica cada 3 años, así mismo la Sociedad Americana para Ingenieros Mecánicos (ASME) publica el Código de Seguridad para Elevadores A17.1. Estos códigos cuidan de la violación de medidas de seguridad que pueden resultar en multas o en casos extremos para dar de baja el equipo.

Actualmente, gracias a los avances tecnológicos las fallas en elevadores han disminuido drásticamente, con cuerdas de acero y un factor de seguridad de 5 ó más y las partes monitoreadas por microprocesadores que aseguran un viaje seguro.


REQUERIMIENTOS DE TRANSPORTACIÓN VERTICAL


TIPOS DE ELEVADORES

Existen dos tipos de elevadores por el tipo de corriente que utiliza para su funcionamiento:

- Corriente alterna: Son los que utilizan para el movimiento del elevador un motor de corriente alterna, la nivelación de piso varía según la carga dentro de la cabina, su frenado es electromecánico de dos velocidades (alta y baja) son operados en forma automática y manual.

- Corriente directa: Utilizan para su movimiento un motor generador que proporciona la energía de corriente directa a un motor de C.D. para mover al elevador, su nivelación de piso es exacta, su frenado es eléctrico a través de pasos de desaceleración, desarrollan mayor velocidad que el de corriente alterna, su capacidad de carga es mayor y son especializados para edificios de gran altura.

En la actualidad existen elevadores electrónicos cuyas especificaciones han eliminado el motor generador y los relevadores de control, sustituyéndolos por módulos eléctricos.

Otra clasificación de los elevadores se hace en base al sistema que proporciona la fuerza para moverlos:

- De tracción: La fuerza para hacer ascender o descender la cabina dentro del tiro puede ser proporcionada por un motor, el cual por tracción mueve u cable sujeto a la cabina y a un contrapeso.

- Hidráulicos: Transmiten el movimiento ascendente o descendente a la cabina a través de un pistón que se telescopia dentro de un tubo en el cual se inyecta o extrae aceite a presión. Debido al mecanismo empleado en este tipo de elevadores, su uso está limitado a edificios de poca altura, en los cuales además no se requiere un servicio rápido, pues las velocidades comunes en estos equipos varían entre 0.04 y 0.05 m/s. La ausencia de un cuarto de máquinas en el extremo superior del cubo del elevador y el que no requiera contrapeso son, en muchos casos, los factores que influyen en la selección de esta clase de equipo.

El equipo de elevadores por tracción puede tener un cuarto de máquinas en la parte superior o inferior del cubo de elevadores. El sistema con el cuarto de máquinas en la parte superior, es el más común en la práctica, dado que puede servir a edificios de gran altura y alcanzar velocidades que varían entre 0.65 y 5.00 m/s. Esta amplia gama de velocidades produce, a su vez, importantes variaciones en el equipo motriz de tal tipo de elevadores, lo cual se debe tener en cuenta, pues de ello depende el costo y la eficiencia del equipo.


COMPONENTES DE UN ELEVADOR DE TRACCIÓN

Un elevador está compuesto por:

1. Controlador: Ubicado en la caseta de elevadores compuesto por relevadores, capacitores, resistencias, transformador, rectificador, contactos, tarjetas electrónicas, protecciones para corto circuito y sobrecarga.

2. Selector: Ubicado en la caseta de elevadores, su función es la de recibir todas las llamadas registradas, ordenarlas y mandarlas al controlador, se compone de relevadores, contactos fijos y móviles, zonificación para cuando hay más de un elevador, poleas y cadenas para mover el sistema de contactos, controla la nivelación de pisos.

3. Regulador de velocidad: Ubicado en la caseta de elevadores, su función es la de controlar la velocidad nominal del elevador y mandar señal de paro cuando se exceda. Se compone de una polea, palancas mecánicas que operan por sobre velocidad, protección eléctrica, cable de acero para hacer girar la polea y una polea tensora ubicada en la fosa. Para la regulación de la velocidad de los motores existen básicamente dos sistemas: el reostático y el de voltaje variable.

4. Sistema de tracción (máquina y cables): Ubicado en la caseta de elevadores, su función es la de dar movimiento al elevador a través de los motores, poleas, cables de acero, reductor de velocidad. Los motores empleados en los equipos de ascensores pueden ser de corriente alterna o continua, lo cual depende principalmente de la velocidad que se requiere. Para velocidades bajas (de 0.65 a 1 m/s) se pueden utilizar indistintamente motores de corriente alterna o continua, pero por motivos de económicos y prácticos, en la mayoría de las instalaciones de este tipo se usan motores de corriente alterna. Para


velocidades más altas que 1 m/s y hasta 6 m/s, se deben usar motores de corriente continua.

En los sistemas de transmisión se tienen básicamente dos tipos: de tornillo sin fin y de acoplamiento directo. En el sistema de tornillo sin fin, el movimiento del motor se transmite al tambor mediante una cremallera y una corona; por tanto, los motores pueden funcionar a velocidades más altas (de 600 a 1800 rpm), de forma que son más económicas su adquisición y operación. La principal limitación de este sistema es la velocidad, pues no es práctico usarlo con velocidades mayores que 2.5 m/s.

Para velocidades altas (de 2.5 a 6 m/s), el equipo adecuado es el de acoplamiento directo, en el cual ele eje del motor, siempre de corriente continua, está conectado directamente con el tambor. Como no es práctico construir motores de corriente continua para trabajar a velocidades reducidas, esta clase de mecanismo se emplea sólo en equipos de ascensores en los cuales se requieren velocidades altas.

El mecanismo de acoplamiento directo es superior al de tornillo sin fin, pues al tener menos elementos móviles es más eficaz, más silencioso y, por tanto, tiene un número de piezas menor que requieran mantenimiento.

5. Sistema de freno: Su función es detener y mantener parado el elevador con su carga nominal (más de un 25%) de sobre peso. El frenado puede ser electromecánico, compuesto por balatas, multivestos, bobinas y núcleo. También puede ser eléctrico, éste frenado es a través de pasos de desaceleración, utilizando resistencias relevadores y contactos para ir reduciendo la velocidad del elevador hasta llegar a su nivel de piso que es cuando actúa el freno electromecánico.

6. Cabina: Ubicada en el cubo del elevador, su función es de subir o bajar transportando carga o pasaje. La cabina es sostenida por los cables tractores que van acoplados a un marco y plataforma para sostén de la misma. Encima de la cabina se encuentra, el motor operador de puertas, botones e interruptores para maniobrar en caso de mantenimiento, seguridad eléctrica de paracaídas, las zapatas o contra guías en el cual se desliza la cabina. En el interior de la cabina se encuentra el tablero de mando con todos sus botones e interruptores de manejo de emergencia.

7. Contrapeso de cabina: Ubicado en el cubo del elevador, su función es la de compensar la carga de la cabina cuando va en dirección de subida y ayudar al motor a subirla que es cuando ejerce su mayor esfuerzo estando la cabina con carga completa. Para esto el contrapeso pesa un 40% más que la cabina. Está compuesto por un bloque de fierro o concreto, varillas y marco acoplados con los cables tractores para sostén de los bloques.

8. Cubo: Es el espacio que recorre la cabina y el contrapeso donde se encuentran instaladas las guías, trabes, limites finales de sobrepeso, banderas, magnetos, switchs de paradas y nivelación, ductos para conexiones eléctricas y cables eléctricos que viajan con la cabina. Las guías son un perfil T de acero montado en sentido vertical y conducen la cabina y el contrapeso en su desplazamiento dentro del cubo. Es de suma importancia la alineación y ensamble de la guiase para asegurar el paso suave y silencioso de la correderas de la cabina, las cuales están montadas en los flancos de la estructura de aquella. Las guías del contrapeso son similares a las de la cabina, pero generalmente de menor dimensión. Todas las guías se deben fijar con pernos a trabes, cadenas o dados de concreto ubicados a una distancia máxima en altura de 1.5 m.


9. Fosa: Es la parte inferior del cubo por debajo de la cabina. En ella se encuentran los amortiguadores de contrapeso y de cabina, en caso de que rebasen el límite de sobrepeso. Los amortiguadores pueden ser de resorte o hidráulicos según la velocidad del elevador, también se encuentra la seguridad electromecánica de final de sobrepeso.

10. Cuarto de máquinas: Es el local ubicado inmediatamente encima del tiro del ascensor, y donde se alojan la fuente de fuerza motriz, el mecanismo elevador, y el cuadro de distribución y otros aparatos de control. En este punto es importante acentuar la necesidad de aislar de la estructura del edificio las partes móviles de la maquinaria y el equipo de control a fin de evitar problemas de ruidos y vibración en el edificio terminado.

11. Puertas de piso: Se encuentra una en cada piso, con sus trabas o trinquetes mecánicos, una seguridad electromecánica, rodillos, marcos y guías para el soporte de las puertas, orificios o chapas para abrir la puerta en caso de emergencia. Su función es la de permanecer carrada cuando el elevador no éste en el piso y abrir cuando el elevador esté en el piso deseado.

12. Sistemas de llamadas: Lo componen todos los botones y contactos instalados dentro de la cabina y en los pasillos en sus dos direcciones así como las bobinas, contactos y relevadores instalados en el selector. Su función es la de marcar y registrar la llamada del piso deseado para que el elevador suba o baje para atender el servicio.

13. Sistema de señalización: Su función es la de mantener informado al usuario que sus llamadas queden registradas, orientarlo en la dirección que va a viajar e informarle de su llegada al piso deseado. La señalización puede ser visual o audible, a través de señales luminosas, alarmas, leds, etc.

14. Sistema de seguridad: Los sistemas de seguridad se encuentran ubicadas en el controlador, en el cubo, encima de la cabina, debajo de la cabina, dentro de la cabina, en las puertas de cabina y pisos, en los límites finales de sobrepeso de la fosa. Su función es la de proteger los componentes del elevador y a sus usuarios. Los sistemas de seguridad generalmente son:

a. Para corto circuitosb. Por sobrecarga eléctrica y sobrepesoc. Por sobre velocidadd. De paracaídase. De emergenciaf. Límites de sobrepesog. Fotoceldas de puertas de cabinah. De puertas de cabinai. De puertas de pisoj. De salida de emergencia

Los sistemas de seguridad funcionan de la siguiente manera:

Regulador de velocidad: Tiene la tarea de vigilar que el elevador nunca exceda el 20% de su velocidad nominal en elevadores de más de un metro por segundo ó 40% en elevadores cuya velocidad es inferior a un metro por segundo y si esto ocurre, mande una señal para operar el dispositivo contra caídas instalado en la cabina, sujetando la cabina a los rieles por medio de mordazas y simultáneamente con la acción del seguro contra caídas, se opera un interruptor eléctrico con el propósito de desconectar la alimentación de energía eléctrica tanto del motor de tracción como al freno electromecánico.


Interruptores de sobrepeso: Se encuentran al final del recorrido, superior e inferior y se operan cuando el elevador sobrepasa su parada superior o inferior por alguna anomalía.

Amortiguadores: Se encuentran en la fosa del elevador y son de resorte para elevadores hasta 1 m/s y del tipo hidráulico para velocidad mayor de 1 m/s sirven para amortiguar la caída de la cabina o contrapeso cuando sobrepasan los límites normales del recorrido.

Chapas de puertas de pisos: Cada una de la puertas de pisos está equipada con un entrelazador electromagnético, el cual evita que la puertas se puedan abrir cuando la cabina no está en el piso.

Interruptor de emergencia: Se encuentra dentro de la cabina en el tablero de mano y es accionado manualmente en caso de emergencia (en la mayoría de las cabinas está cancelada).

Freno electromecánico: Es parte de la máquina, éste dispositivo está diseñado para frenar y mantener la cabina detenida, en caso de interrupción de energía eléctrica manda la orden de frenado en forma inmediata toda vez que opera al desenergizarse.


FUNCIONAMIENTO DE UN ELEVADOR DE TRACCIÓN

El funcionamiento de los elevadores es el siguiente:

Elevador simple (automático): Cuando el elevador se encuentra estacionado en algún piso y al oprimir un botón de llamada de piso; se energiza una bobina en el selector ubicado en la caseta de elevadores; ésta bobina manda una señal al controlador tomando en cuenta la dirección en que se registró la llamada en el controlador se energizan los relevadores auxiliares de dirección dando una señal luminosa hacia arriba o hacia abajo, los que a su vez mandan señal para energizar a los relevadores de dirección ya sea de subida o de bajada. Los contactos de estos relevadores alimentan al motor eléctrico para mover el sistema de tracción compuesto por la máquina, poleas, cables y tractores que son los que llevan al elevador al piso en donde se registró la llamada. Al llegar al piso y estando a nivel el elevador, la puerta de cabina queda acoplada a la puerta de piso, el cual al abrirse es accionada por un motor eléctrico que abre también la puerta de piso. Al abrirse las puertas tienen un tiempo de 5 a 10 segundos para volver a cerrar, tiempo suficiente para que el pasajero entre o salga del elevador. Una vez dentro del elevador se oprime el botón del piso deseado en el tablero de control, empieza a cerrar la puerta y se repite el ciclo de funcionamiento, pero ésta vez con un botón de cabina. Cuando el elevador va en dirección de subida, únicamente atenderá las llamadas en ésta dirección y lo mismo sucede en dirección de bajada.

Sistema dúplex (dos elevadores): Cuando los elevadores comparten los mismos botones de pisos (botones de pasillos), las llamadas son atendidas por el elevador que se encuentre más cercano a la llamada registrada y en la dirección que lleva de tal manera que si los dos elevadores coinciden en la misma dirección, el elevador más avanzado atenderá la llamada más próxima y el elevador más atrasado seguirá su camino a su destino o atenderá la siguiente llamada si la hay. Si los dos elevadores llevan direcciones opuestas, cada uno atenderá las llamadas en el orden y dirección que llevan, cuando los dos elevadores han atendido todas sus llamadas uno de ellos se estacionará en planta baja y el otro se quedará en la última llamada atendida.

Sistema triplex (tres elevadores): Su funcionamiento es parecido al dúplex, la diferencia consiste en que cada uno de los elevadores tiene su zona de estacionamiento una vez que han atendido todas sus llamada, de tal manera que un elevador siempre esté en planta baja, otro esté a la mitad del recorrido y el otro esté más cercano al último piso para que cuando se registre una llamada, ésta sea atendida por el elevador que esté más cercano, dicha llamada no importando la dirección de la llamada registrada.Si dos elevadores coinciden con la misma dirección y viajan paralelamente y en ese momento se registra una llamada, en la dirección que llevan, uno de ellos le cede el derecho al otro elevador para que la atienda, para evitar que los dos elevadores atiendan la misma llamada y pueda uno de ellos llegar más rápido a su destino.

Los elevadores dúplex y triplex tienen otros elementos que el elevador sencillo no tiene esto con el fin sencillo de atender la llamadas con mayor rapidez y también como ahorro de energía al evitar que los tres elevadores atiendan la misma llamada.

Operación de las puertas automáticas: Cuando el elevador llega a un piso, la puerta de cabina queda acoplada con la puerta de piso, en la parte superior de la puerta de cabina se encuentra acoplado de un motor denominado operador de puertas. Este motor al recibir una señal del controlador abre la puerta de cabina y a su vez la puerta de piso. La puerta permanece abierta durante 5 ó 10 segundos para volver a cerrar, si queremos que el tiempo se acorte, tenemos un botón en el tablero de mando dentro de la cabina, para acelerar el tiempo de cierre (P.C.). Si queremos reabrir la puerta se oprime otro botón denominado P.A. el elevador únicamente se moverá cuando hallan cerrado completamente las puertas. En el caso de que el elevador sea operado por una persona, en el tablero de mando dentro de la cabina se utiliza un llave para cambiar de posición a la chapa de manejo de automático a elevadorista. Al estar en posición de elevadorista, el mando queda a cargo del operador, de tal manera que el marcará los pisos que le


soliciten y también cerrará las puertas a través de un botón P.C. para cierre. El elevador por si solo no va a atender las llamadas de piso de pasillo exteriores, pero si el operador se da cuenta a través de señales luminosas en los botones dentro de la cabina, de las llamadas exteriores, les marcará el piso solicitado para que el elevador las atienda.Fusibles e interruptores térmicos y magnéticos, están ubicados en el controlador para protección por cortos circuitos en todo el sistema y sobrecargas en los motores.

El sistema que programa el funcionamiento del elevador o grupo de elevadores en un edificio, es de gran importancia, pues éste depende que los tiempos de recorrido se cumpla eficazmente, no se traslapen las cabinas al acudir a las llamadas y, por tanto, se brinde un servicio eficaz y económico. Dicho equipo de programación o comando se debe especificar con base en los requerimientos de transporte del edificio y el número de cabinas que tendrá el sistema. Al respecto, se puede hacer la clasificación siguiente:

Número de cabinas en el equipo Equipo de comandoEquipo de ascensores con una sola cabina Simple

ColectivoSelectivo en descenso

Equipos de ascensores con dos a cinco cabinas Selectivo en descensoSelectivo completoTransito programado

Equipos de ascensores con cinco a ocho cabinas Transito programado

A continuación se explicarán con un poco de detalle las características de tales sistemas de comando:

Simple: Es el equipo de comando básico para un ascensor. Se debe usar sólo en elevadores para pasajeros con un recorrido máximo de dos pisos, así como en equipos de montacargas, sin importar en cuántos niveles sirva este equipo. Este sistema atiende a una llamada, sin acumular las siguientes, y tienen prioridad las llamadas que se marcan en el tablero de cabina sobre los botones de piso. Así, sólo atenderá una llamada de piso, sin diferenciar su dirección, cuando ésta se suscite y la cabina esté libre.

Colectivo: Este sistema se puede utilizar en edificios de oficinas o habitacionales con una sola cabina y recorridos de hasta cinco niveles. Acumula las llamadas tanto de piso como de tablero de cabina, y las atiende en cuanto el ascensor alcanza los pisos, sin diferenciar la dirección de ellas.

Selectivo en descenso: Atiende las llamadas que se marcan en el tablero de cabina en cuanto alcanza los pisos, acumula las llamadas de pisos y sólo atiende éstas en sentido descendente. Asimismo, evita que más de una cabina atienda una llamada de piso, además de distinguir y programar tráfico intenso del piso principal a los demás pisos y tráfico descendente hacia la planta baja. Conforme los requerimientos de transporte disminuyen, el sistema desconecta los elevadores innecesarios, los cuales entran en funcionamiento al registrarse nuevas llamadas.

Selectivo completo: Se aplica en equipos de ascensores que tengan desde una hasta cinco cabinas. Las llamadas que se registran en el tablero de cabina son atendidas conforme ésta alcanza los pisos. Acumula las llamadas que se marcan desde botones de piso y las atiende según la dirección del viaje. Para mayor rapidez y economía, el carro invierte automáticamente la dirección del viaje después de atender la llamada más alta o más baja. Si no hay llamadas, la cabina se estacionará en el último piso atendido, o en el que se elija como estacionamiento preferencial.


Cuando el sistema está constituido hasta por cinco cabinas, evita que más de una atienda una llamada de piso y despacha los carros para atender conjuntos de llamadas que forman una demanda preferencial, la cual puede ser:

a) De piso principal a pisos superioresb) De ascenso entre los diferentes pisosc) De descenso entre pisos intermedios o entre pisos superiores y la planta baja.

Transito programado: En edificios que requieran transporte vertical, con equipos de hasta ocho cabinas, o en edificios con variaciones muy intensas en sus necesidades de tránsito (como bancos, oficinas, etc) se requiere de un computador en el sistema que supervise, analice el número y dirección de las llamadas y programe las cabinas, de modo que dé prioridad de atención a llamadas según la posición de cada carro. Esta selección destina prioritariamente los carros a las correspondientes demandas hasta que éstas son satisfechas, y se distinguen automáticamente los siguientes requerimientos de transporte: demanda de piso principal en subida, demanda preferencial de piso principal a pisos superiores, demanda preferencial de bajada y de subida.

ELEVADORES HIDRÁULICOS

A diferencia de los elevadores de tipo tracción, el elevador convencional hidráulico sube y baja de manera bastante simple por medio de una flecha movible que está al fondo de la cabina del elevador. La ausencia de cables, tambores, controladores sofisticados y dispositivos de seguridad, asó como equipo de cuarto de máquinas en la azotea, hace que este sistema sea económico y muchas veces la mejor opción para aplicaciones de baja velocidad hasta 1 m/s y de un recorrido corto de aproximadamente siete pisos donde la construcción de la fosa del cilindro no presenta dificultades. Este sistema opera en gran medida de la misma manera que opera un gato hidráulico para automóvil; el aceite de un tanque se bombea por debajo del cilindro, entonces se levanta éste y también el auto, la bomba se detiene durante el movimiento descendente y baja por gravedad y se controla por la acción de válvulas de desviación de escape, que también controlan la posición de la cabina durante el movimiento ascendente.

Donde se presentan dificultades para hacer la perforación para colocar el cilindro se puede pensar en un telescópico o una instalación a base de cables con malacate. Estas cabinas están muy limitadas en cuanto a elevación y velocidad y son aplicables solamente a edificios de 2 o 3 pisos.

La mayor desventaja inherente del elevador hidráulico estándar es su gasto de operación, dado que no tiene contrapeso necesita un motor relativamente potente para operar la bomba de aceite y toda la energía se pierde en calor.

Como ejemplo del costo de operación considérese un equipo de 1587 kg y de 0.65 m/s de velocidad en un equipo hidráulico, en una tienda departamental, un equipo así necesita un motor de 40 caballos, suponiendo que el equipo funcionará 10 horas por día, 6 días por semana y un tiempo normal de 60% en operación. Recuérdese que el motor opera solo en dirección ascendente, la energía consumida por dia es de 110 kW-h por día, así se tendrá un costo mensual de energía tres veces mayor si se compara con el costo mensual de energía de un equipo normal de elevadores de la misma capacidad, pero con un velocidad de 3 m/s.


CALCULO DE LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE UN EQUIPO DE ASCENSORES

El equipo de ascensores de un edifico debe cumplir con una serie de requisitos para brindar un servicio adecuado a la categoría del inmueble de que se trate. Por tanto, en su especificación de deben considerar las dimensiones del edificio, el uso de las áreas construidas y la rentabilidad que se espera de él. A partir de estas condiciones de programa se puede, mediante datos establecidos estadísticamente, determinar la demanda máxima probable que deberá satisfacer el equipo mecánico de transporte vertical. Asimismo, mediante un porcentaje de la población total, se determina la demanda máxima de transporte vertical en un lapso de 5 minutos. La satisfacción de la demanda máxima de transporte por el equipo de elevadores garantiza que éste podrá manejar con solvencia las necesidades de transporte en cualquier otra situación. Así, la relación siguiente se debe cumplir:

Donde:Dmáx= demanda máxima probable de transporte vertical en 5 minutos (número de pasajeros).C5= capacidad de transporte en 5 minutos del equipo de ascensores propuesto (número de pasajeros).

La capacidad de transporte de un equipo de ascensores se calcula mediante la fórmula:

Donde:Trec=tiempo de recorrido de un elevador en segundos.CE= capacidad efectiva de la cabina tipo (80% del número máximo de pasajeros en la cabina, veáse tabla 2).N= número de cabinas empleadas en el sistema.

El tiempo de recorrido de un elevador es la suma de los tiempos acumulados en el viaje de una cabina el cual se calcula a partir del tiempo que requieren las personas en abordarla en la planta baja a cupo efectivo (CE), llevar a cabo las paradas probables que dependen del cupo de la cabina y el número de pisos del edificio, el tiempo para ascender y descender los pasajeros en cada parada, el tiempo de aceleración y desaceleración en cada detención de la cabina, y el tiempo ocupado en recorrer a velocidad normal el elevador de la planta baja al último piso y del último piso a la planta baja. Como el tiempo de recorrido depende de múltiples variables: capacidad de la cabina, número de pisos del edificio, velocidad de operación, etc., su cálculo es un tanto elaborado. Por ellos, para hacer más rápidos y simples los cálculos de los equipos de ascensores, se elaboró una serie de gráficas (C, D, E, F, G, H), en las cuales se indican los tiempos de recorrido de las cabinas más comunes en la práctica.

Otro aspecto del servicio brindado por un equipo de elevadores es el intervalo de espera, que consiste en el tiempo que las personas deben esperar en la planta baja hasta que una cabina llegue y esté disponible para abordarla. El intervalo de espera se determina aritméticamente por medio de la ecuación siguiente:

Donde:L= intervalo de espera (segundos).Trec= tiempo de recorrido de un elevador (segundos).N= número de cabinas empleadas en el sistema de elevadores.


Con las ecuaciones 1, 2 y 3 se pueden establecer, por medio de tanteos, el equipo o equipos de ascensores aplicables en cada caso; pero tener tres variables hace más lenta la determinación del equipo óptimo.

Para eliminar dos de las variables en la ec. (2), se aplica la ecuación (3), de tal modo que se despeja N y se sustituye (2), para resultar la ecuación siguiente:

En el cual se tiene como incógnita la capacidad de las cabinas por emplear en el sistema. En la gráfica A se muestran los resultados de que obtendrían en la ecuación (4) a partir de un intervalo de espera y una capacidad de transporte, que son datos del problema en la práctica. Hasta este punto, en la mayoría de los casos se pueden tener dos o más sistemas que llenen los requerimientos del problema, y se debe elegir uno de ellos con base en el costo.

En general, se puede decir que el costo de un sistema de ascensores depende de tres factores:

a) El número de cabinas que tengan el sistema.b) La velocidad de equipo motriz.c) La capacidad de las cabinas empleadas.

De acuerdo con la experiencia, se ha establecido un índice de costo, con el cual se pueden evaluar comparativamente los equipos de ascensores, que aritméticamente se expresa de la forma siguiente:

Donde:

= índice de costo.

= número de cabinas ( de igual capacidad) empleadas en el sistema.

= velocidad del equipo m/seg.

= capacidad efectiva de la cabina tipo (80% del número máximo de pasajeros en la cabina,

véase tabla 4.1).

Tabla 4. 1 Capacidad para transportar cabinas de ascensores de tamaño común.Capacidad de carga (kg) Cupo máximo de la cabina

(personas)Capacidad efectiva de la cabina CE (personas)

700 kg (1500 lb) 10 8900 kg (2000 lb) 13 10

1134 kg (2500 lb) 16 131360 kg (3000 lb) 20 151587 kg (3500 lb) 23 181814 kg (4000 lb) 27 21

CE= Es la capacidad de transporte promedio (personas) que se debe considerar para una cabina en los lapsos de demanda máxima.

Con objeto de hacer más expeditos el cálculo y la especificación de los equipos de ascensores, en las gráficas anexas se presenta un método que permite efectuar aquellos con el mínimo de operaciones aritméticas, tanteos y tiempo.


EJEMPLO: Supóngase que se proyecta un edificio para oficinas en un área con alta rentabilidad; se ha determinado tanto el área rentable (400 m² por planta) como el número de pisos (25) que tendrá el inmueble. Como primer punto, se debe acudir a la tabla 2.1, la cual muestra los índices para calcular la población del edificio, la demanda máxima de transporte en cinco minutos y el intervalo de espera. En el ejemplo se tiene lo siguiente:

Población total= área rentable total/índice de población1000 personas = (400 x 25) / 10

Demanda máxima en 5 minutos = porcentaje de la población total130 personas = 13% (1000)

Intervalo de espera= 25 a 35 s

Con la demanda máxima de transporte vertical en 5 minutos y el intervalo de espera óptimo para este tipo de edificios, en la gráfica A se selecciona la capacidad de las cabinas que dan la solución más adecuada. En este tipo de ejemplo se tienen dos posibilidades:

a) Cabina de 1360 kgb) Cabinas de 1134 kg

Como se observa en la grafica A, si se utilizan cabinas de 907 kg, se tendrían intervalos de espera menores que 25 s, lo cual encarecería el equipo, sin ser esto necesario para lograr un servicio óptimo. Por otro lado, si se utilizan cabinas de 1587 kg, el intervalo de espera se alargaría hasta más de 40 segundos, lo cual es inadecuado para la calidad proyectada del edificio.

El paso siguiente en la solución del problema será determinar la velocidad apropiada para este equipo de ascensores, para lo cual se usará la gráfica B, que muestra para un edifico de 25 pisos una velocidad de 3 m/s.

Para determinar el número de cabinas con igual capacidad que tendrá este sistema, se recurre a las gráficas C, D, E, F, G y H, las cuales son especificadas para cada cabina e indican tiempos de recorrido, número de cabinas, intervalo real y capacidad de transporte exacta del equipo en cuestión. Así, en la gráfica E, para cabinas de 1134 kg (CE 13 personas) con una velocidad de 3 m/s, se puede leer el tiempo de recorrido, el número de cabinas para tener un intervalo de espera que fluctúe entre 25 y 35 s, y la capacidad exacta de transporte por el número de cabinas utilizado.

Para llevar a cabo lo anterior, se unen con una regla los puntos que indican 25 pisos en las escalas de altura del edificio, con una velocidad de 3 m/s. En la escala del extremo inferior se lee un tiempo de recorrido de 150 s. Sobre es línea que se requerían de espera predeterminado (25 a 35 segundos en este caso) indica que se requerían cinco o seis cabinas. Si se utilizan cinco cabinas, se tendrá un intervalo de espera real de 30 segundos (escala de la extrema izquierda) y se transportarán 130 pasajeros en 5 minutos (escala de extrema derecha). Si se utilizan seis cabinas, se tendrá un intervalo real de 25 segundos y se transportarán 155 pasajeros en 5 minutos. Esta segunda opción se cancela, pues la capacidad de transporte en 5 minutos sobrepasa en exceso la demanda máxima probable.Respecto de la opción siguiente, en la cabinas de 1360 kg (CE 15 personas) se obtiene de la gráfica F los datos siguientes: con una velocidad de 3 m/s se requieren cinco cabinas, las cuales tendrán un intervalo de espera de 33 segundos y transportarán 135 pasajeros en 5 minutos.la opción en que utilizan seis cabinas se cancela, pues la capacidad de transporte sobrepasa en más de 20% la demanda máxima probable.Hasta este punto, la elección se deberá hacer entre dos equipos que satisfacen los requerimientos de transporte del edificio indicado. Esta selección se hará en la mayoría de los casos con base en el menor costo del equipo.


En este caso, el equipo más económico es:

- Cinco cabinas de 1134 kg de capacidad (CE 13 personas).- 3 m/s de velocidad.- 150 segundos de tiempo de recorrido.- 30 segundos de intervalo de espera.- 130 personas transportadas en 5 minutos.

CASOS ESPECIALES

La capacidad de transporte de un núcleo de ascensores tiene un límite para que éste opere de modo eficaz, el cual está basado en el concepto de intervalo mínimo que tienen las cabinas, lo cual depende de su capacidad y se define con la relación siguiente:

Donde:

= intervalo de espera mínimo de una cabina con un ascensor (segundos).

CE= capacidad efectiva de transporte de la cabina que se estudie (personas).

Se considera ineficaz un equipo de ascensores con intervalos menores que el mínimo para el tipo de cabinas empleadas. Este criterio se estableció con base en la observación de que, al coincidir en planta baja dos o más cabinas, se produce confusión en las personas, de manera que algunas cabinas partirán parcialmente llenas, otras sobrecargadas y, en el peor de los casos, se quedarán personas esperando. Para evitar esto, en todo momento se debe respetar el intervalo mínimo de espera, lo cual limita la capacidad de transporte a las cantidades indicadas en la gráfica A. Ésta es una capacidad de transporte en 5 minutos de 230 personas para la cabina de 700 kg y de 275

personas para la cabina de 1814 kg; sin embargo, en la práctica, la calaculada puede

sobrepasar tales límites. Básicamente, los casos que se encuentran son los siguientes:

a) Edificios de planta con grandes dimensiones y altura considerable.b) Edificios de planta con dimensiones regulares, pero de gran altura.c) Edificios de planta con grandes dimensiones y poca altura.

En estos casos especiales, la solución depende de la rapidez que se requiera en el transporte. Si se requiere que el transporte vertical sea expedido (como en la mayoría de los casos englobados en los incisos a y b), la solución consistirá en dividir el edificio en áreas que tengan una demanda máxima de hasta 275 personas. Dicha división en el caso del inciso a, en edificios con una gran área en planta, se efectuaría prácticamente al ubicar en puntos distantes núcleos de elevadores que como máximo atendieran una demanda de 275 personas en 5 minutos. En el caso indicado en el inciso b, en edificios de gran altura se deben contemplar dos situaciones que se pueden encontrar en la práctica. La solución en edificios con más de 25 pisos que tengan una demanda máxima de más de 275 personas en 5 minutos y en edificios con más de 25 pisos cuya demanda máxima en 5 minutos no exceda 275 personas, pero que requieran un servicio de transporte vertical expedito a los últimos pisos, consistirá en considerar el edificio dividido en dos secciones, una de ellas sobrepuesta a la otra.

Los elevadores de tipo exprés son ascensores que dan servicio desde la planta baja, recorren sin detenerse en subida o bajada en los pisos inferiores del edificio y sólo dan servicio normal en sentido ascendente y descendente en los pisos superiores. Esta solución brinda economía y eficacia en edificios con más de 25 pisos, cuya demanda máxima de transporte vertical en 5 minutos de la sección más pequeña del edificio excede de 75 personas.


El cálculo de tal tipo de elevadores sigue básicamente la misma mecánica explicada para los elevadores convencionales, pero en el intervalo se permiten tiempos de espera más largos, que fluctúan entre 1.3 y 1.5 veces el intervalo especificado para el equipo de elevadores normal. Por otro lado, el tiempo de recorrido será el resultado de la suma del tiempo de recorrido en servicio exprés (sin paradas), el cual se indica en la gráfica I, y el tiempo de recorrido en servicio normal, el cual se leerá en las gráficas de la C a la H. Con el tiempo de recorrido total se pueden calcular en las mismas gráficas el número de cabinas y la capacidad de transporte exacta del equipo.

Para el cálculo de un equipo de elevadores exprés, a continuación se da un ejemplo:

Se tiene un edificio para oficinas diversas en una zona de alta rentabilidad. El área rentable por planta es de 700 m2, y el edificio tendrá 35 pisos, los 10 últimos servidos por un equipo de elevadores exprés. La tabla 2.1 muestra los índices para calcular la población del edificio y los intervalos de espera.

Población total (25 pisos)=(700x25)/10=1750 personas,Población total (10 pisos)=(700x10)/10=700 personas,

(25 pisos)=13% (1750)=227 personas,

(10 pisos)=13% (700)=91 personas,

Intervalo de espera (25 pisos)= 25-35 s,Intervalo de espera elevadores exprés (10 pisos)=37-52 s

En la gráfica A se pasa a seleccionar el tipo de cabina ideal para la demanda e intervalo requeridos:

Para el edificio de 25 pisos: cabinas de 1814 kg.Para el edificio de 10 pisos: cabinas de 1360 kg.

Por medio de la gráfica B se determina la velocidad ideal para estos equipos, en cuyo caso se recomienda para el edificio inferior con un servicio normal (25 pisos) una velocidad de 3 m/s; a su vez, para el edificio superior con servicio exprés (servicio normal en 10 pisos) se usará una velocidad de 5 m/s.Para determinar el número de cabinas, el intervalo y la capacidad de transporte real de estos equipos, se acude a las gráficas correspondientes a tales cabinas, en las cuales se estimará el tiempo de recorrido. En el caso del elevador de servicio normal, con la altura en pisos del edifico y la velocidad en suficiente; pero para el equipo de levadores exprés, se deberá calcular el tiempo total de recorrido, el cual es el resultado de la suma del tiempo de recorrido en servicio exprés (25 pisos) que se lee en la gráfica I y el tiempo de recorrido en servicio normal que se lee en la gráfica F:

Tiempo de recorrido total= tiempo exprés + tiempo en servicio normal

Con estos datos se determinan los siguientes equipos de ascensores para dicho edifico:

Para servicio normal 25 pisos, 7 cabinas de 1814 kg (CE 21 personas, un intervalo de espera de 27 s y una capacidad de transporte de 229 personas en 5 minutos).Para servicio exprés, 25 pisos sin parada, 10 pisos en servicio normal, tres cabinas de 1460 kg (CE 15 personas), con un intervalo de espera de 49 s y una capacidad de transporte de 90 personas en 5 minutos. Dado que los elevadores (como se indico anteriormente) coinciden sólo en la planta baja, sería complicado el tránsito de personas entre las diferentes secciones del edificio. Para solucionar esto, en el presente ejemplo se considera que el equipo de ascensores normales para la sección inferior del edificio dará servicio hasta el piso 26 y que los elevadores exprés lo darán


desde el piso 26, de modo que traslaparán en ese nivel, el cual servirá para transbordar en el caso de personas que transiten entre las dos secciones del edificio.Asimismo, en este tipo de equipos cabe señalar que debe proporcionarse ventilación adecuada al cuarto de máquinas del equipo de ascensores normales (que suben hasta el piso 26), el cual quedará encerrado en los niveles 27 y 28 del edificio.ESCALERAS MECÁNICAS

Las escaleras mecánicas se usan principalmente en edificios con pocos pisos, en los cuales tiene lugar un intenso tránsito de personas, ya se que entren y salgan del edificio o que circulen entre sus diferentes niveles. Este caso es típico en grandes tiendas departamentales, centros comerciales o administrativos sin acceso inmediato a la calle, estaciones de transporte, etc., en los que se tiene una gran afluencia de personas y se requiere transporte vertical.

Las escaleras mecánicas tienen como una de sus principales ventajas que durante su operación reciben y dejan su carga de forma continua, de manera que los tiempos de espera, en la práctica normal, son insignificantes. En comparación con los ascensores, se ahorra el tiempo consumido en espera, aceleración, desaceleración, ajuste de nivel, apertura y cierre de puertas. Esta continuidad en el servicio hace que sólo en ocasiones extraordinarias se observe una aglomeración en la plataforma de acceso a una escalera mecánica.

Las escaleras mecánicas son un equipo que no requiere importantes preparaciones para su instalación y operación, lo cual da gran flexibilidad tanto en el proyecto de edificios nuevos como en readaptaciones de edificios construidos.

Desde el punto de vista de construcción, cabe mencionar que se deben practicar las aberturas necesarias en los entrepisos y considerar las cargas en los elementos estructurales que la soportarán. Además, no es necesario tener escaleras fijas en edificios en los cuales se tengan escaleras mecánicas, pues éstas pueden funcionar a criterio de un operador, de modo que suban o bajen gracias a un control de cerradura instalado generalmente en un punto accesible de las alfardas; o bien; aun cuando no estén en funcionamiento por falta de electricidad o descompostura, las personas pueden usarlas como escaleras fijas. Básicamente, una escalera mecánica consiste en un conjunto de bandas continuas impulsadas a través de una trasmisión por un motor eléctrico. Las bandas son los pasamanos y el conjunto de escalones que se mueven a la misma velocidad, la cual en la práctica es de 0.45 a 0.60 m/s. Se recomienda usar velocidades mayores sólo en casos especiales, pues puede representar peligro de caída de los usuarios. El conjunto de bandas está soportado por una estructura, generalmente metálica, que salva el claro del piso inferior al superior con una inclinación de 30 con la horizontal del claro por salvar del piso inferior por medio de la ecuación siguiente:

Donde:

A= distancia medida horizontalmente del paño de la trabe en el piso inferior al paño de la trabe en el piso superior (m),H= altura por salvar en el nivel de piso terminado por la escalera mecánica (m)

Tanto en el extremo superior como en el inferior de la escalera mecánica se requieren amplios espacios para alojar el equipo motriz y el engranaje de la bandas, lo cual impone ciertas limitaciones en la altura del entrepiso donde se instalará la escalera, pues en entrepisos menores de 3.7 m se deberá clausurar el espacio que queda debajo la caja del equipo.

Las escaleras eléctricas se construyen de acuerdo con los fabricantes y con las normas industriales, y están, por tanto, disponibles en diseños estándares. Todos los fabricantes pueden producir modelos especiales para aplicaciones particulares.


Las escaleras en Estados Unidos y México se instalan con un ángulo de 30 de la horizontal y con un claro mínimo de vertical de 2.10 para escaleras de pasajeros.Las escaleras eléctricas de diseños recientes usan velocidades de 0.45 m/s (90 fpm) o 0.61 m/s (120 fpm). Pero ahora, la velocidad lineal máxima permitida por la norma ANSI/ASM 17.1 es de 0.64 m/s (125 fpm); aunque, por el momento, la industria de escaleras mecánicas estandarizó a una simple velocidad de 0.51 m/s (100 fpm). Las instalaciones en centros de terminales aéreas, de ferrocarriles, de autobuses, de metro, etc., con la experiencia de tráfico pesado por pequeños periodos de tiempo, están equipadas con dos velocidades: 0.51 m/s (100 fpm) y 0.60 m/s (fpm); la más alta se utiliza para lapsos de tráfico intenso.Los tamaños para designar las escaleras mecánicas han cambiado. Antes, el ancho era de 0.81, 1.02 y 1.22 m y se refería al ancho de las balaustradas o pasamanos. Esto no proporcionaba un dato adecuado, ya que dependía del diseño y no del tamaño real de la banda de escalones. Ahora, hay que diferenciar la anchura de la escalera y de la banda, esto se expresa aquí:

Ancho de la escalera Ancho de la bandam in m in

0.81 32 0.61 241.02 40 0.81 321.22 48 1.02 40

Las huellas normales son de 0.41 m (16 in) con peraltes de 0.20 m (8 in). Los equipos están disponibles en tres medidas: 0.81 m (32 in), 1.02 m (40 in) y 1.22 m (48 in). De tal manera que, en la siguiente tabla, podemos observar la capacidad de las escaleras, estos es, la cantidad de personas que transportan en un hora a una velocidad de 0.51 m/s, según el máximo de transportación, el diseño y lo observado en la práctica.

Tamaño Ancho del escalón

Velocidad ft/minPasajeros/hora

m in m in Máximatransportación

Diseño Observ. enla práctica

0.81 32 0.61 24 100 0.51 m/s 5200 4000 23001.02 40 0.81 32 100 0.51 m/s 7300 5300 29001.22 48 1.02 40 100 0.51 m/s 9000 6750 4500

La capacidad de transporte se puede calcular por medio de la ecuación siguiente:

Donde:

C hora: capacidad de transporte en una hora (pasajeros).Np= número promedio de pasajeros por peldaño. Para la escalera de 0.81 m de ancho: Np=1.25 y para la escalera de 1.22 m de ancho: Np=2.0.V= velocidad del equipo en m/s.

El tiempo de recorrido de un equipo de escaleras mecánicas se puede calcular como sigue:

Donde:


Te= Tiempo de recorrido en segundos.H= altura por salver niveles en piso terminado (m).V=velocidad de la escalera en m/s.

APUNTES TRANSPORTACIÓN VERTICAL CUI

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