Cómo construir modelos de ascensores, primera parte

Una exploración para hacer ascensores con una variedad de cajas, bandas elásticas, clavos, tornillos y cuerdas.

por el Dr. Lee Gray, corresponsal de EW

Los acontecimientos recientes han tenido un impacto dramático en la sociedad estadounidense y mundial. Las órdenes de quedarse en casa han cambiado dónde y cómo trabajamos y, lamentablemente, han afectado la capacidad de muchas personas para seguir trabajando. Si bien la situación actual ha presentado innumerables desafíos, también ha dado lugar a cambios positivos en el comportamiento que son el resultado de que las personas intentan averiguar qué pueden hacer mientras están "atrapadas en casa". Tal vez exista un límite real para la cantidad de horas que una persona puede sentarse en un sofá y mirar televisión (incluso si tiene Netflix). Afortunadamente, la historia proporciona algunos ejemplos de cómo, en los "viejos tiempos", nos entreteníamos. Ahora se les pide a los pacientes lectores de esta columna que encuentren a su niño interior mientras exploramos, desde la perspectiva de principios del siglo XX, cómo construir ascensores modelo.

En 1916, el ingeniero William B. Stout (1880-1966) publicó The Boy's Book of Mechanical Models. [1] La base del libro fue una serie de columnas de periódicos que escribió Stout, a partir de 1900, que tenían como objetivo educar a los niños pequeños sobre la ingeniería mediante la construcción de modelos de máquinas y dispositivos mecánicos. Los artículos se publicaron bajo el seudónimo de Jack Kneiff, un nombre que Stout seleccionó porque, supuestamente, todo lo que necesitabas para construir los modelos eran herramientas simples, como una navaja (también conocida comúnmente como navaja de bolsillo), un martillo, un destornillador, etc. El libro de Stout incluía un capítulo dedicado a modelos de elevadores, que incluía instrucciones ilustradas sobre cómo construir un "elevador de manivela" y un "elevador hidráulico".

El elevador de manivela era, en esencia, una versión simplificada de una máquina de tambor de cuerda. El elevador fue diseñado para transportar mensajes o artículos pequeños desde el suelo hasta una ventana del segundo piso. Los soportes superiores consistían en listones de madera, y las instrucciones de Stout, claramente destinadas a aterrorizar a los padres del constructor, recomendaban que los soportes se clavaran al marco de una ventana exterior (Figura 1). Este marco tenía dos "poleas de elevación" hechas de carretes de cinta de madera. Se cortó cuidadosamente una ranura a lo largo de la línea central de cada carrete para mantener la cuerda de izado en su lugar. Luego, cada carrete se colocó con un eje de madera corto que encajaba firmemente en el orificio central, con el eje extendiéndose más allá de los extremos del carrete de manera que casi tocaba los soportes de listones paralelos. Se usó un punzón para hacer agujeros en el listón un poco más grandes que el diámetro de los pequeños clavos que se usaron para mantener las poleas en su lugar (Figura 2). Esta construcción permitió que las poleas giraran. También se montaron dos ojales de tornillo en la estructura superior. Estos sirvieron como anclajes para los cables guía que dirigían el camino del automóvil. Se colocó en el suelo una base plana de madera, también equipada con ojales de tornillos para cables guía, y se mantuvo en su lugar con estacas de madera (Figura 1).

La base también contenía el cigüeñal utilizado para impulsar el elevador. El cigüeñal, colocado en un extremo de la base y directamente debajo de una polea de elevación, se mantenía en su lugar mediante dos ojales de tornillo e incluía un ingenioso diseño de “freno”. El constructor hizo una muesca larga en el extremo del eje y cuidadosamente clavó un clavo en la base a unas pocas pulgadas del centro con el ojo del tornillo que sostiene el extremo del cigüeñal. Cuando el operador quería mantener el automóvil en su lugar, simplemente empujaba el eje hacia adelante de modo que el clavo entrara en la muesca, lo que impedía que el eje girara (Figura 3).

Se le recomendó al constructor que enrollara la cuerda de izado varias veces alrededor del centro del cigüeñal, después de lo cual se pasó por encima de las poleas de izado y bajó hasta el automóvil.

El diseño incluyó dos versiones de una cabina de ascensor. La primera, ilustrada en el dibujo general del modelo, era una plataforma de carga abierta como las que se encuentran en muchas fábricas o entornos industriales (Figura 1). El segundo diseño, construido usando una caja de puros como base, se asemeja a un estereotipo de “modelo de niño” de una cabina de ascensor (Figura 4). El constructor simplemente unió los montantes y la cruceta a la caja de puros, y agregó ojetes de tornillo en los lados para los cables guía y un ojo de tornillo en la parte superior de la cruceta para la cuerda de izado. “Este ascensor proporcionará mucha diversión, y todo lo que se requiere para que el automóvil suba y baje es girar una manivela”, proclamó Stout.

El diseño de Stout para un ascensor hidráulico representó una notable traducción de un ascensor de equilibrio hídrico, uno de los primeros y más simples sistemas hidráulicos utilizados en los EE. UU., en forma de modelo. (Para conocer la historia del ascensor de equilibrio hídrico, consulte la serie de artículos publicados en ELEVATOR WORLD, agosto-octubre de 2017). Este modelo utilizó la misma cabina de ascensor de caja de puros construida para el ascensor de manivela. Sin embargo, a diferencia del entorno residencial del ascensor de manivela,
ascensor, este sistema se ilustró en uso en una escalera de incendios en el patio trasero de un edificio de apartamentos de cuatro pisos (Figura 5). Los componentes críticos del sistema eran un "tanque" de almacenamiento de agua (en la parte superior del sistema) y un contrapeso. Stout propuso que el tanque podría estar hecho de "una caja de madera ordinaria para almidón". Vale la pena señalar que, al leer esta descripción, su intrépido mismo, "¿Qué es una caja de almidón?" Es, por supuesto, una pequeña caja de madera diseñada para contener almidón. Investigaciones posteriores revelaron que tal caja era bastante pequeña; un ejemplo típico es de aproximadamente 6 pulgadas de alto, 11 pulgadas de largo y 7 pulgadas de ancho. El constructor de modelos pintó el interior de la caja para crear un recipiente impermeable. Las poleas de izado (carretes de madera) se montaron en el lateral de la caja, junto con un freno automático y ojales de tornillo para anclar los cables guía. La palanca de freno de madera se talló para adaptarse a la curva de la polea de elevación central y se sujetó a un clavo con una banda de goma de modo que la banda mantuviera la presión del freno en la polea, lo que, en teoría, impedía que el automóvil se moviera. El freno se soltó tirando de una cuerda unida al extremo de la palanca. Aunque esto no se mencionó en la descripción de Stout, la aplicación de presión variable sobre el freno a través de la cuerda de liberación permitiría al operador controlar la velocidad del elevador (Figura 6).

La clave de un elevador de equilibrio de agua es, por supuesto, la capacidad de agregar o quitar agua del contrapeso, que, a su vez, eleva o baja el automóvil. Stout propuso que el contrapeso se hiciera con una "lata". El constructor primero cortó un trozo corto de tubería de metal de aproximadamente 1/2 pulgada de largo. (Stout sugirió que el tubo podría provenir del "mango de un paraguas o bomba de bicicleta"). A continuación, se corta con cuidado un agujero en el fondo de la lata y se inserta el tubo de modo que quede la mitad dentro y la mitad fuera de la lata. Luego, el tubo se suelda en su lugar. El siguiente paso consiste en utilizar un tornillo de madera grande con una cabeza cónica para hacer el asiento del vástago de la válvula. Después de limar cuidadosamente las muescas en la parte inclinada de la cabeza cónica, el constructor inserta el tornillo en la parte superior del tubo de metal y “lo gira con un destornillador mientras presiona fuertemente el tornillo. Esto cortará el borde del tubo en el mismo ángulo que la cabeza del tornillo para que cuando se ponga un tornillo nuevo sin las muescas en el tubo, tengamos una válvula estanca ”(Figura 7). Se instala una válvula similar en la caja de almidón inmediatamente encima de la trayectoria vertical del contrapeso. La última pieza del contrapeso es un pequeño bloque de madera colocado dentro de la lata de manera que se alinee con la válvula del depósito de agua.

El funcionamiento del ascensor siguió el método exacto empleado en un ascensor de equilibrio de agua "real". Si el carro pesara más que el contrapeso, descendería hasta el fondo del “hueco” y se posaría sobre la base de madera en el suelo. Mientras tanto, el contrapeso habría ascendido a la parte superior, donde el bloque de madera en la lata presionaría hacia arriba en la parte inferior del tornillo en la válvula del depósito, permitiendo que el agua fluyera hacia la lata. Cuando el contrapeso pesaba más que el automóvil, el operador tiraba de la cuerda de liberación del freno y el automóvil ascendía. Cuando el contrapeso llegaba al fondo, se detenía en un pequeño canal diseñado para llevar el agua liberada por la presión hacia arriba en la válvula en el fondo de la lata (Figura 6).

Se desconocen los orígenes del diseño de válvulas de Stout. Su funcionamiento se asemeja a una moderna válvula de parada de goteo (que permite retirar la olla mientras se prepara el café sin que se filtre líquido de la canasta de preparación) en muchas cafeteras. Las diferencias clave son que las válvulas modernas emplean resortes y arandelas para garantizar un sello hermético. El diseño de Stout se basó en la gravedad y, aunque probablemente funcionó, probablemente también se filtró. Sin embargo, esta posible deficiencia operativa no disminuye el ingenio del diseño de la válvula y la otra habilidad evidente en el diseño de ambos modelos. Cuando se publicó su libro, Stout era un joven ingeniero al comienzo de lo que sería una carrera notable. Luego se convirtió en un destacado ingeniero aeronáutico y automotriz; entre sus numerosos diseños se incluye el conocido avión Ford Trimotor.

Al leer las descripciones de Stout de estos modelos de ascensores, además de desconcertar cosas simples como cajas de almidón, su autor se preguntó si sería posible recrear estos diseños de una manera que replicara la intención original. Hace varios años, pude realizar una investigación similar con respecto a una escalera mecánica de juguete (“Todo lo que quiero para Navidad es una escalera móvil Meccano”, EW, diciembre de 2017). Sin embargo, ese esfuerzo simplemente requirió la adquisición de varios juegos de juguetes antiguos. Dados los materiales involucrados en la construcción de los modelos de Stout, este fue un desafío diferente. Afortunadamente, en el siglo XXI, tenemos una notable herramienta de investigación literalmente disponible al alcance de la mano. Por supuesto, estoy hablando de eBay.

Un mes después de comprar el libro de Stout, era el orgulloso propietario de un juego de cajas de cigarros y almidón de época (Figura 8). Si todo va bien, la publicación de la conclusión de este artículo de dos partes (que examina el enfoque de otro autor para construir modelos de ascensores a principios del siglo XX) incluirá imágenes de una cabina de ascensor de caja de puros y un depósito de ascensor hidráulico (completo con freno ) como Extras en línea del próximo mes. Como es, espero, evidente en todos mis artículos, siempre me divierto con mi investigación y amo lo que hago.

Referencias
[1] William Bushnell Stout. El libro de modelos mecánicos para niños, pequeño,
Brown y Co., Boston (1916).