Cuerdas recubiertas de PU como medios de suspensión de ascensores

Este artículo de Tecnología analiza la experiencia europea.

Introducción

Los medios de suspensión de ascensores se han mantenido prácticamente sin cambios durante más de 165 años. En 1834, se concibió por primera vez un cable de acero para un ascensor minero en el centro de Alemania. Desde entonces, el producto ha estado sujeto a la evolución tecnológica, pero se mantuvo básicamente en forma de cable metálico hasta principios del siglo XXI. 

Las correas de acero revestido se introdujeron como medio de suspensión y, solo unos años después, apareció en el mercado la alternativa denominada de “pequeño diámetro”. Cambió por completo el panorama del diseño moderno de ascensores. Bueno, no olvidemos que justo después de esto último, también habían comenzado a aparecer las cuerdas recubiertas de poliuretano (PU), uniendo el beneficio de los medios de suspensión recubiertos de elastómero y las cuerdas de pequeño diámetro.

En este punto, debemos plantearnos una pregunta clave: ¿Por qué tenemos que complicarnos la vida como diseñadores de ascensores introduciendo medios de suspensión alternativos en nuestros proyectos? El objetivo de este breve artículo es abordar adecuadamente las respuestas a esta pregunta. Síganos mientras profundizamos y exploramos este asunto.

La experiencia europea

Para este ejercicio nos encontramos en territorio europeo donde el ascensor medio es adecuado para una aplicación en un edificio definido como de baja altura, baja velocidad (máximo 10-15 plantas, con una velocidad de hasta 1.6 m/s), y en el que el espacio disponible tiene un significado histórico.

El ascensor europeo medio tiene una capacidad de 630 kg (carga útil para ocho personas) y, según la regla técnica EN 81-20/50, el diámetro mínimo del cable debe ser >= 8 mm con una relación de flexión mínima sobre las poleas de 40 :1, llevando el diámetro de la polea de tracción a >= 320 mm.

Con estos valores mínimos en mente, pasamos a la fase de diseño del ascensor entendiendo que, con espacios tan estrechos disponibles, la única forma de aumentar las dimensiones de la cabina es reducir el tamaño del motor, y para lograrlo, solo hay una forma: inclinarse hacia medios de suspensión de pequeño diámetro (para cumplir con la Directiva de ascensores 2014/33/UE, los medios de suspensión de pequeño diámetro solo se pueden aplicar en ascensores si van acompañados de un Certificado de Conformidad de Examen emitido por un Organismo Notificado).

Comprenda que el par motor y, en consecuencia, las dimensiones del motor son directamente proporcionales al diámetro de la polea de tracción. Cuanto mayor sea la polea, mayor será el par solicitado y mayor será el tamaño del motor (el tamaño del motor será directamente proporcional a los requisitos de par). Inversamente, cuanto más pequeña es la polea, menor es el amperaje solicitado por el motor, lo que requiere un inversor más pequeño. Es comparable al efecto dominó.

El ejercicio “El desafío del balde” ayuda a simular este tema y las relaciones físicas discutidas (Figura 1). Imagínese sosteniendo dos baldes llenos de agua con los brazos colocados a los costados; serías capaz de permanecer en esta posición durante bastante tiempo. Ahora, levante los brazos hacia arriba en una posición horizontal. No podrás permanecer en esta posición por mucho tiempo. Correcto, pero ¿por qué? Sus hombros acaban de experimentar un "torque" y, de manera similar, esto lo experimenta el motor con el diámetro de la polea de tracción (Figura 1).

Como se muestra, es evidente que los medios de suspensión de pequeño diámetro pueden realizar esta tarea. No solo es una ventaja impulsada por el espacio, sino también por los costos, considerando que los motores y los inversores se encuentran entre los elementos más importantes y costosos en los ascensores de poca altura y baja velocidad.

En conclusión, a la misma velocidad de viaje de la cabina, si se reduce el diámetro de la polea de tracción, el motor deberá girar a mayor velocidad (RPM). Esto hará que el propio motor funcione en un rango en el que se incrementa la eficiencia energética (Figura 2).

Ejemplo: Un banco de ascensores adecuado para un edificio de 10 a 15 pisos, en el que nominalmente necesitaría cuatro ascensores (630 kg, carga útil para ocho personas) para cumplir con el manejo del tráfico durante las horas pico. Todo ello basado en un diseño de ascensor convencional con cable d. 8 mm y un diámetro de polea de tracción de 320 mm — mínimo.

Cambiando a medios de suspensión de diámetro pequeño y reduciendo el diámetro de la polea de tracción a 120 mm con la ayuda de cables recubiertos de PU en la misma dimensión del hueco, teóricamente puede instalar un ascensor con una carga útil de al menos 750 kg (carga útil de 10 personas), llevándote a instalar tres ascensores en lugar de cuatro.

Esta configuración no solo ahorraría el costo de la instalación de un ascensor, sino que también beneficiaría a los diseñadores y propietarios de edificios al proporcionar espacio adicional para apartamentos u oficinas.

Vale la pena señalar que esto pretende ser un ejercicio puramente teórico, que no considera muchas condiciones de contorno. Es un experimento que podría orientarnos en la comprensión de la filosofía de utilizar medios de suspensión revestidos y cuerdas de pequeño diámetro.

revestido vs. sin recubrimiento

¿Por qué sería necesario cambiar a cables de acero revestidos de elastómero en lugar de cables de acero convencionales?

Si usted es un diseñador de ascensores, seguramente está familiarizado con el concepto de número mínimo de cables requeridos, el efecto de la presión específica y cómo afectan la vida útil del cable de acero.

Tenga en cuenta que cuando reduzca el diámetro de la polea de tracción con cables de acero de diámetro pequeño (no recubiertos) para una tracción adecuada, se deben usar poleas de tracción endurecidas en V. Estas ranuras son bastante agresivas para reducir la vida útil de los cables de acero y, aunque el código no lo exige, se recomienda realizar una verificación de presión específica y ajustar para una vida útil de servicio razonable.

Recuerde, los códigos son reglas de seguridad y no describen requisitos de por vida. Siempre se deben hacer más consideraciones.

A modo de comparación, consulte el ejemplo anterior de un ascensor de 630 kg (carga útil para ocho personas) con un arreglo de enhebrado 2:1 y una polea de tracción de dimensiones reducidas (120 mm), en el que vamos a aplicar dos medios de suspensión diferentes: 1) re. 6.5 mm 8x19W+IWRC, y 2) d. Cuerdas recubiertas de PU de 6.5 mm.

En el primer caso con ranuras endurecidas en V, necesitaríamos usar de ocho a 10 cables para obtener una vida útil adecuada. Mientras que en el segundo caso, con cables recubiertos de PU y ranura plana en U, un mismo ascensor puede utilizar de tres a cuatro cables. La mayor diferencia entre ambos escenarios es que la vida útil de los cables revestidos superará con creces la de los cables que no están revestidos. 

Por esta comparación, es bastante claro que las cuerdas recubiertas de PU brindan muchas ventajas de diseño. Por último, los cables recubiertos de PU no tienen limitaciones de patente y se pueden utilizar en cualquier configuración de ascensor.

Recomendaciones de aplicación

Habiendo aclarado las ventajas de las cuerdas recubiertas de PU, es importante leer y comprender el manual de usuario proporcionado por el fabricante. Esto proporcionará todos los elementos de diseño que se deben considerar durante el desarrollo del proyecto del ascensor.

En cuanto a los cables de acero convencionales, la cantidad de datos históricos y material de referencia recopilados para aplicaciones de ascensores supera los 180 años, lo que no ocurre con los cables recubiertos de PU. Cada combinación de medios de suspensión revestidos y polea de tracción debe probarse para garantizar la verificación de la resistencia real. f factor. 

Por favor, tenga en cuenta la diferencia entre μ y f: μ es el coeficiente de fricción entre los materiales, mientras que f es el factor de fricción aparente obtenido por experimento de laboratorio que toma en consideración la geometría de la ranura, el acabado de la superficie y cualquier otro elemento que afecte la tracción.

Por esta comparación, es bastante claro que las cuerdas recubiertas de PU brindan muchas ventajas de diseño. Por último, los cables recubiertos de PU no tienen limitaciones de patente y se pueden usar en cualquier configuración de elevador.

Estos valores iniciales se obtienen en un entorno de laboratorio, luego se prueban con el elevador prototipo, como f Los resultados del factor pueden variar según la configuración, la eficiencia del eje y los materiales utilizados. Por esta razón, se recomienda construir un ascensor prototipo para realizar todos los experimentos necesarios antes de introducir el ascensor final en el mercado. Las condiciones ambientales también deben ser consideradas. No es la intención de este artículo cubrir todos los aspectos. Consulte el manual de usuario del fabricante para obtener información más detallada.

Recuerde, los cables recubiertos de PU requieren una mentalidad diferente en comparación con los cables de acero convencionales. Para aprovechar al máximo sus características, es necesario gestionarlos adecuadamente, empezando por el manejo y el cuidado: los materiales de PU son muy sensibles a las condiciones ambientales ya la limpieza de los puntos de contacto. Manipúlelos con guantes limpios y no entre en contacto con ninguna fuente de lubricante o grasa. Una vez contaminado, será muy difícil limpiarlo adecuadamente. Esto degradará la cuerda recubierta de PU y provocará que se deslice (Figura 3).

Las cuerdas recubiertas de PU deben permanecer limpias y, si es necesario, se debe realizar una limpieza periódica con un producto específico recomendado en el manual de uso del fabricante. Seguir las recomendaciones anteriores le permitirá aprovechar al máximo sus cuerdas recubiertas de PU.

Conclusión

La industria de los ascensores está en constante evolución, mientras que la integración de nuevos materiales sostenibles aporta ahorros de costos y energía a nuevas y emocionantes soluciones innovadoras. En este sentido, el beneficio de las cuerdas recubiertas de PU puede respaldar esta tendencia, brindando la capacidad de implementar diseños que antes no eran posibles.

Al igual que con toda nueva tecnología, las diferentes características de los cables recubiertos de PU deben tenerse en cuenta durante la etapa de desarrollo y diseño del proyecto. Es igualmente importante mantener una comunicación sólida y una buena relación de trabajo con los proveedores, quienes podrán brindar orientación en la aplicación adecuada de su producto.