Selección y análisis de ascensores en 1898, primera parte

Una descripción general de "La planta mecánica de un edificio comercial moderno" de William H. Bryan

En diciembre de 1898, William H. Bryan (1859-1910) presentó un documento titulado “La planta mecánica de un edificio comercial moderno” en la reunión del Capítulo de Nueva York de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos. Su artículo proporcionó una descripción detallada del proceso de diseño / selección y la evaluación posterior del equipo mecánico especificado para un nuevo edificio comercial de ocho pisos en St. Louis. Bryan se había desempeñado como ingeniero principal del proyecto y presentó su tema de la siguiente manera:

“El edificio comercial moderno es, en muchos aspectos, una estructura de ingeniería. Los problemas de los cimientos, el diseño de marcos y paredes para las cargas y presiones del viento deseadas, las instalaciones sanitarias y de plomería, exigen una habilidad de ingeniería del más alto nivel. Este artículo, sin embargo, se limitará a la discusión de las plantas mecánicas, de vapor y eléctricas, que son de igual importancia. En la actualidad, se admite generalmente que ninguna característica del edificio moderno necesita mayor consideración por parte de los especialistas. Este trato siempre ha sido deseable y ahora más que nunca, debido a la gran variedad de servicios que se requieren y las mejoras que se realizan constantemente ”.

A fines de la década de 1890, la selección del equipo de ascensores apropiado comenzó con una serie de preguntas, algunas de las cuales son familiares hoy en día: “¿Cuántos ascensores habrá; donde se encuentra? ¿Cuántos pasajeros y cuántos fletes? ¿Cuáles serán las cargas y velocidades del ascensor? ¿Cómo serán conducidos? " Estos fueron acompañados de otras preguntas menos familiares que surgieron debido a la presencia continua de ascensores de vapor más antiguos, el dominio del mercado de los ascensores hidráulicos (disponibles en varias configuraciones) y el ascensor eléctrico recién llegado. Por lo tanto, la pregunta de Bryan, "¿Cómo se conducirán?" fue seguido por:

“¿Si por vapor, ya sea con cinturón o directo? Si son de patrón hidráulico, ¿serán de alta o baja presión, con cilindros horizontales o verticales? ¿Qué tipo de maquinaria de bombeo se utilizará? El dúplex de acción directa de estilo antiguo con cilindros simples de alta presión; el mismo motor equipado con cilindros compuestos; el patrón simple de manivela y volante; ¿O el más moderno motor compuesto o de triple expansión de cigüeñal y volante de alto rendimiento? ¿Estará provisto de condensadores? Si los ascensores van a [ser] operados con electricidad, ¿a qué voltaje? Directo o con cinturón; ¿Qué tan compensado y provisto de [qué] dispositivos automáticos y de seguridad? "

La variedad de opciones de sistemas habla de la persistencia de la tecnología antigua junto con las innovaciones recientes.

El cliente principal del “Edificio comercial” de Bryan era Hagadine-McKittrick Dry Goods Co. El término “productos secos” se refería a textiles, ropa y otros productos para el hogar, y se usaba para diferenciar este tipo de negocio de las ferreterías y las tiendas de comestibles. Debido a su naturaleza comercial, también requería un esquema de ascensores diferente al de un edificio de oficinas típico. Bryan dijo que se especificaron ocho ascensores: dos de pasajeros y seis máquinas de carga, que se colocaron en cuatro "bancos". Se invitó a presentar ofertas para ascensores hidráulicos, eléctricos y de vapor "montados completos". Bryan señaló que la indecisión sobre el tipo de ascensor también afectó las ofertas para la planta de calderas y el sistema eléctrico; en cada caso, las especificaciones cambiaron dependiendo del tipo de sistema de ascensor seleccionado.

Esta indecisión surgió, en parte, por las diferentes opiniones de las partes involucradas en el proyecto. Los clientes utilizaron ascensores de vapor en su edificio actual "con total satisfacción" y sin duda no vieron ninguna razón para abandonar una tecnología familiar. Los arquitectos habían completado recientemente un proyecto que implicaba la sustitución de ascensores de vapor por un sistema hidráulico de alta presión "moderno", que había resultado en "enormes ahorros de combustible". Los ingenieros (que incluían a Bryan) habían "dedicado un tiempo considerable al estudio de los ascensores eléctricos modernos y reconocieron que estaban destinados a ser utilizados ampliamente". Sin embargo, Bryan también afirmó que el equipo de ingeniería no:

“. . . plenamente convencidos de que éste era el sistema adecuado a adoptar en el presente caso y eran plenamente conscientes de las ventajas de los otros dos tipos. Por lo tanto, se decidió redactar las especificaciones de tal manera que se recibieran ofertas comparativas para los tres tipos ".

Las especificaciones básicas de los ascensores fueron las siguientes:

El contratista debía "proporcionar la maquinaria completa [y] lista para el servicio". Se especificaron rieles de guía de acero, y los cables del ascensor debían "ser de tal número, dimensiones y resistencia que, en caso de que la mitad de ellos fallara simultáneamente, la mitad restante soportaría la carga máxima, con un factor de seguridad de cuatro". Curiosamente, el contrapeso se enumeró por separado y requería "ser empleado en la medida de lo posible". La seguridad, también enumerada por separado, se abordó de la siguiente manera: “Debían suministrarse dispositivos de seguridad completos, evitando velocidades excesivas en cualquier dirección; paradas automáticas al final de la carrera y otras características, como topes de cables flojos, topes, agarraderas, etc. " Las especificaciones incluían un límite de costo de US $ 300 por automóvil de pasajeros, y el contratista debía “proporcionar puertas metálicas ornamentales en cada piso para los huecos de los ascensores de pasajeros. Se invitaron propuestas separadas para puertas de seguridad en las puertas de los elevadores de carga en todos los pisos ".

Bryan contó que la capacidad deseada del elevador de pasajeros se había determinado mediante "pruebas" realizadas en la planta de elevadores de vapor existente del cliente. Una prueba consistió en llenar los 6 pies. X 6 pies cabina de ascensor con "personas que estaban haciendo negocios en la tienda". Se trataba de un total de 18 personas que simplemente estaban "apiñadas en el automóvil". Su peso se estimó en 2700 libras, o 75 libras por pie cuadrado. Una segunda prueba, realizada “en un día ajetreado promedio”, consistió simplemente en observar el uso del ascensor. Esto reveló que el elevador de pasajeros estuvo en servicio el 47% del tiempo, y los elevadores de carga estuvieron en servicio el 35% del tiempo. Con base en estos "datos", las especificaciones indicaron que los postores deberían asumir que los elevadores de pasajeros estarían en servicio el 50% del tiempo y los elevadores de carga el 33% del tiempo.

Una cuestión fundamental se refería a cómo determinar la energía necesaria para operar la planta de ascensores. Bryan señaló que había "una falta de datos auténticos en cuanto al rendimiento del ascensor que cubra una amplia gama de servicios, y es imposible hacer esos cálculos con precisión". Sin embargo, informó:

“Las pruebas han demostrado que cuando las cajas de ritmos se compensan a la mitad de la carga promedio, y donde la misma carga total se transporta hacia arriba y hacia abajo, el trabajo neto realizado es simplemente el necesario para superar la fricción, más un margen para cubrir el aumento de energía. requerido en cada inicio ".

Con base en un "estudio" de una planta de elevadores eléctricos comparable, Bryan determinó que, al operar "en condiciones favorables de cargas, contrapeso, frecuencia de paradas, etc.", los elevadores del nuevo edificio deben tener la siguiente "eficiencia" (funcionando en ambas direcciones):

• Ascensor de pasajeros: 3.5 kWh por coche mi.
• Elevador de carga (capacidad: 3500 lb.): 4.5 kWh por coche mi.
• Elevador de carga (capacidad: 4000 lb.): 4.5 kWh por coche mi.

Usando estas cifras, Bryan determinó la potencia requerida para mantener cada automóvil en movimiento:

• Ascensor de pasajeros: 4.66 CV eléctricos por coche mi.
• Elevador de carga (capacidad: 3500 lb.): 4.66 hp eléctricos por auto mi.
• Elevador de carga (capacidad: 4000 lb.): 6 hp eléctricos por auto mi.

La velocidad del coche fue:

• Elevador de pasajeros: 4.3 mph
• Elevador de carga (capacidad: 3500 lb): 2.55 mph
• Elevador de carga (capacidad: 4000 lb): 1.7 mph

Estos dos conjuntos de cifras permitieron a Bryan calcular la potencia requerida por ascensor:

• Ascensor de pasajeros: 15.9 CV eléctricos
• Elevador de carga (capacidad: 3500 lb): 14.46 hp eléctricos
• Elevador de carga (capacidad: 4000 lb): 10.2 hp eléctricos

Suponiendo que los ascensores de pasajeros estuvieran en funcionamiento el 50% y los ascensores de carga el 33% del tiempo, Bryan multiplicó los caballos de fuerza eléctricos por el porcentaje de tiempo en funcionamiento multiplicado por el número de ascensores en cada grupo, lo que arrojó las siguientes cifras de consumo de energía:

• Dos ascensores de pasajeros: 15.9 CV eléctricos
• Dos elevadores de carga (capacidad: 3500 lb): 9.6 hp eléctricos
• Cuatro elevadores de carga (capacidad: 4000 lb): 13.6 hp eléctricos

Estas cifras suman un total de aproximadamente 40 CV eléctricos; sin embargo, Bryan asumió que las condiciones ideales:

“. . . nunca se alcanzaría, y también existía incertidumbre en cuanto al número real de paradas por viaje y el porcentaje de tiempo que los ascensores estarían en funcionamiento. . . . [Por lo tanto,] se consideró prudente aumentar esta asignación en un 50% ".

Por tanto, el consumo total de energía se elevó a unos 60 CV eléctricos. Este número se ajustó por última vez, basado en una supuesta "eficiencia combinada del motor y la dinamo del 80%", y "la potencia media indicada" se especificó como 75.

Se iba a dedicar un generador eléctrico de 75 kW al servicio de ascensores (el edificio producía su propia energía) y la corriente eléctrica se especificaba en 220 V. El contratista debía realizar todo el cableado desde el "cuadro de distribución" hasta el motor del ascensor. y cada motor:

“. . .era tener un dispositivo de arranque automático para darle al automóvil un arranque fácil independientemente del operador y del cable, volviendo al punto de partida automáticamente en caso de interrupción de la corriente ".

Los motores también debían arrancar desde el reposo y alcanzar la velocidad máxima en 5 s., Y la corriente de arranque “no debía exceder la corriente de funcionamiento a velocidad máxima en más del 50%”. Aunque los ascensores tenían su propio generador dedicado, las especificaciones indicaban que el sistema debe estar diseñado "para ser capaz de funcionar en múltiples con el sistema de iluminación sin una interferencia perceptible con la estabilidad de las luces eléctricas". Los motores de los ascensores debían ser del tipo de engranaje helicoidal simple o doble con "engranaje helicoidal de acero y engranaje metálico". Los vagones de carga debían tener un tamaño de 8 pies x 8 pies y los de pasajeros de 6 pies x 6 pies.

La segunda parte de esta serie abordará la respuesta del postor a estas especificaciones, la selección de la máquina y las pruebas posteriores que se realizaron para verificar que el fabricante había cumplido con los límites de uso de energía especificados. Esta serie se inspiró, en parte, en mi asistencia a Elevcon 2012, donde tuve el placer de escuchar una serie de excelentes presentaciones sobre la tecnología contemporánea de ascensores y escaleras mecánicas. Sin embargo, como revela este artículo, las investigaciones sobre el funcionamiento y la eficiencia de los ascensores han sido un aspecto constante del diseño y la aplicación de ascensores durante mucho tiempo.