Dispositivos de reapertura requeridos por ASME A17.1-2019/CSA B44-19 Sección 2.13.5

Por qué CEDES decidió no diseñar una cortina de luz 3D para puertas.

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por James O'Laughlin

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), un desarrollador de estándares aprobado por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI), definió requisitos de protección de puertas nuevos y más prescriptivos en el Código de seguridad de ascensores de 2019[1] ("Código") para ayudar a mitigar los peligros. asociado con las puertas de rellano en un ascensor. Los requisitos se actualizaron para los dispositivos de reapertura utilizados en aplicaciones de puertas horizontales debido, en parte, a la cantidad de lesiones que aún causan personas que son golpeadas por las puertas de los ascensores. Según las revisiones de la base de datos del Sistema Nacional de Vigilancia Electrónica de Lesiones (NEISS) de la Comisión de Seguridad de Productos de Consumo de EE. UU. (CPSC), las lesiones de los pasajeros de ascensores documentadas en todos los grupos de edad fueron significativas durante los períodos evaluados.[2][3][4] Los datos de años posteriores confirman que las conclusiones extraídas de los conjuntos de datos siguen siendo válidas.

Requisitos del código de seguridad de ascensores

Esta versión 2019 del Código requiere que los dispositivos de reapertura utilizados en aplicaciones de puertas horizontales cumplan con:

• Un medio para detectar una persona u objeto en el camino de la(s) puerta(s) de la cabina del ascensor; y
• Un medio para detectar una persona u objeto que se acerca a la entrada de la cabina del ascensor.

Los requisitos de la Sección 2.13.5.3 del Código proporcionan detalles prescriptivos sobre lo que debe detectar el campo de detección de personas u objetos que se acercan a la entrada de la cabina del ascensor. Los requisitos de esta sección eran nuevos en el Código de 2019. Como mínimo, se deben detectar personas u objetos en algún punto a lo largo de una línea de detección en movimiento definida (Figura 1). Esta(s) línea(s) de detección en movimiento se define(n) en relación con el lado de aterrizaje del borde anterior de la puerta de aterrizaje (el peligro). Por lo tanto, hay dos líneas de detección móviles en aplicaciones de apertura central y una línea de detección móvil para aplicaciones de apertura lateral.

A medida que las puertas se cierran, las líneas móviles de detección se mueven con las puertas de rellano hasta que hayan alcanzado una posición a 18 pulgadas (450 mm) del cierre total, en la que En este punto los medios de detección de objetos que se aproximan pueden quedar inoperativos. Este punto es donde se unen las dos líneas móviles de detección en una aplicación de ascensor de apertura central. Antes de dejar la posición inoperativa, una persona u objeto en la(s) línea(s) en movimiento debe generar una señal de reapertura de puerta. La Figura 1 proporciona una representación visual de lo que requiere el Código en aplicaciones de apertura de centros.

Una vez que los requisitos del Código quedaron claros, CEDES investigó varias soluciones que cumplirían con el Código, incluida una solución que incorpora la detección de objetos que se acercan (3D) en la misma carcasa que la detección de objetos entre las puertas (2D). Esta solución suele denominarse cortina de luz 3D. Después de una cuidadosa revisión del diseño, se determinó que una cortina de luz no era viable para un número significativo de aplicaciones de ascensores. Para comprender mejor por qué es así, este documento técnico lo guiará a través de los criterios de toma de decisiones que llevaron a esta conclusión y, por lo tanto, la búsqueda de CEDES de un medio de detección montado en espejo de popa para cumplir con los requisitos de detección de objetos que se aproximan definidos en el Código. .

Cuando comenzamos nuestra investigación sobre una cortina de luz 3D para cumplir con el Código, elaboramos un diagrama similar al que se muestra en la Figura 2.

El peligro reconocido por el Código es el borde anterior del lado de rellano de las puertas de rellano (consulte los triángulos morados en la Figura 2). Con la cortina de luz montada en la(s) puerta(s) de la cabina y no en la(s) puerta(s) del rellano, se debe tener cuidado de considerar factores adicionales que afectan el rendimiento del dispositivo, incluidos:

• El espacio entre las puertas [Gap CD-LD]
• El espesor de la(s) puerta(s) de rellano [LDT],
• La detección significa ubicación [DML] relativa a la puerta del automóvil, y...

Con base en nuestras discusiones sobre la Voz del Cliente, se compilaron valores mínimos y máximos para estos parámetros. Luego se utilizó trigonometría básica para determinar los ángulos mínimo (∞225 mm) y máximo (∞500 mm) que deberían considerarse para cumplir con los requisitos del Código según la fórmula:

Por ejemplo, utilizando los siguientes valores:

• Separación CD-LD: 50.8 mm (2 pulg.),
• LDT: 25.4 mm (1 pulg.) y
• DML: 15.0 mm (0.59 pulg.) de la puerta del automóvil,

Lleva a:

Usando solo estos parámetros, el ángulo necesario para cumplir con el Código usando una cortina de luz 3D debería estar entre 51.7° para el punto de 225 mm (9 pulgadas) y 68.1° para el punto de 500 mm (20 pulgadas). punto.

Sin embargo, para hacer las cosas más difíciles, los parámetros utilizados no son fijos y varían de una aplicación a otra. Los valores nominales, basados ​​en la Voz del Cliente, revelaron que los valores oscilaban entre:

El diseño no podía basarse en un único conjunto de parámetros y estaba claro que se necesitaba una gama más amplia de valores. Al aumentar el ángulo (∞) utilizado, hasta cierto punto, más aplicaciones podrían cumplir con el Código. Sin embargo, cuanto mayor sea el ángulo, es más probable que surjan otros problemas. En particular, si la puerta de piso adelanta la puerta de la cabina durante el proceso de cierre, impide que el 3D funcione correctamente. Este escenario se muestra en la Figura 3.

Esto plantea desafíos importantes, ya que los clientes OEM indicaron que la puerta del piso podía adelantarse a la puerta del automóvil hasta 25.4 mm (1 pulgada) para instalaciones nuevas. Además, hemos visto varias aplicaciones de modernización en las que la puerta de piso se adelantó a la puerta de la cabina a distancias aún mayores. El uso de ángulos más amplios de divergencia/aceptación podría mitigar algunos riesgos, pero no se pudo mitigar la incapacidad de ver alrededor de las puertas de rellano en muchas aplicaciones.

Alternativamente, podríamos optar por mirar hacia el otro lado de la abertura en lugar de mirar hacia afuera desde el mismo lado de la abertura (ver Figura 4). Esto ayudaría a mitigar una puerta de aterrizaje principal e incluso parece plausible cumplir con los requisitos del Código para la detección de objetos que se acercan. Los detalles, sin embargo, demuestran lo contrario.

La Figura 4 muestra que cuando las puertas están en su posición completamente abierta, los medios de detección de objetos que se aproximan podrían diseñarse para detectar a lo largo de las líneas de detección en movimiento definidas por el Código. Sin embargo, los medios de detección de objetos que se acercan no se mueven con respecto a la línea de detección móvil asociada con la puerta opuesta. Antes de que los medios de detección de objetos que se acercan puedan quedar inoperativos según el Código, ya no detectan la(s) línea(s) de detección en movimiento requeridas por el Código. Esto se muestra en la Figura 5.

En este escenario, el sensor no cumple, y de hecho no puede, cumplir con los requisitos del Código. Podemos utilizar los mismos parámetros de nuestro cálculo anterior para determinar los detalles. A saber,

• Separación CD-LD: 50.8 mm (2 pulg.),
• LDT: 25.4 mm (1 pulg.) y
• DML: 15.0 mm (0.59 pulg.) desde la puerta del automóvil

La ubicación del punto de 225 mm (9 pulgadas) en la línea móvil de detección es perpendicular al lado del rellano de la puerta del rellano y sirve como la distancia mínima de detección definida por el Código. En el siguiente cálculo, definiremos este punto como la distancia opuesta.

Opuesto = Brecha CD-LD + LDT – DML

                           = 225 mm (9 pulg.) + 50.8 mm (2 pulg.)

                          + 25.4 mm (1 pulg.) – 15 mm (0.59 pulg.)

                           = 286.2 mm (11.27 pulg.)

La distancia paralela a la puerta del rellano se puede definir como la distancia adyacente y se calcula en función de:

Tan (θ) = Opuesto / Adyacente. 

Si utilizamos un ángulo de emisión/recepción de 40° para el valor de q, la Distancia Adyacente se calcula como:

           Adyacente = Opuesto / Bronceado (40°)

                                           = 286.2 mm (11.27 pulg.) / 0.839

                                           = 341 mm (13.42 pulg.)

Para una aplicación de apertura central, el valor Adyacente se duplica ya que se aplica a ambas puertas y a ambas líneas de detección móviles. El Código permite que los medios de detección de objetos que se aproximan queden inoperativos a 450 mm (18 pulgadas) de la posición completamente cerrada. Para la distancia adyacente multiplicada por dos, la distancia donde los medios de detección de objetos que se aproximan se vuelven ineficaces es de 682 mm (26.8 pulg.), valor que es totalmente incompatible con la posición de inoperatividad permitida por el Código. 

También debemos considerar que este valor se basa en un escenario único, algo favorable. Si aumenta el espacio entre las puertas o aumenta el espesor de la puerta o disminuye la ubicación de los medios de detección, la distancia adyacente aumenta en consecuencia. 

Resulta que el punto justo antes de los medios de detección de objetos que se aproximan puede quedar inoperativo según lo permite el Código: el ángulo requerido para mirar hacia el otro lado de la abertura es exactamente el mismo que el ángulo requerido para mirar hacia afuera desde la abertura. mismo lado de la abertura ya que la geometría de aplicación para mirar hacia el otro lado de la abertura es idéntica justo antes de dejarla inoperativa.

Por qué es tan importante la distancia de 225 mm (9 pulg.)

La ubicación de las líneas móviles de detección definidas en el Código se basó en permitir tiempo suficiente para que las puertas se detengan y retrocedan una vez que se haya detectado una persona u objeto. Si esto ocurre demasiado cerca de las puertas o si hay suficientes retrasos, por ejemplo, como se muestra en la Figura 5, puede provocar que las puertas golpeen a una persona. Este escenario es particularmente viable ya que las personas/objetos a menudo se acercan al ascensor cuando las puertas se cierran. 

Otros requisitos de desempeño

El Código también define la capacidad de detección en función de la tecnología utilizada. Para el Código 2019, las propiedades se definieron en base al uso de tecnología infrarroja en los medios de detección tanto de objetos que se acercan como de objetos ubicados en el recorrido de la puerta. El Código 2022 cambió este lenguaje a "y propiedades detectables de un ser humano aplicables a la tecnología utilizada". Independientemente de la versión, es razonable esperar que el medio de detección sea capaz de detectar personas u objetos, independientemente del color o del tipo de ropa.

Para cumplir con este requisito utilizando tecnología infrarroja, CEDES determinó que el uso de tecnología de medición de distancias (por ejemplo, Tiempo de vuelo [TOF]) es necesario para minimizar las variaciones de medición causadas por diferentes propiedades de reflectividad (por ejemplo, el color de la ropa). . Sin medición de distancia, la detección de objetos que se aproximan en la(s) línea(s) de detección en movimiento no puede ser efectiva. 

Los resultados de las pruebas de un dispositivo fotoeléctrico infrarrojo (una cortina de luz 3D) se muestran en la Figura 6. Actualmente, el fabricante de este dispositivo no tiene un certificado de prueba de terceros publicado, pero de todos modos afirma que cumple con los requisitos del Código 2019.

Los objetos cilíndricos utilizados en las pruebas tenían propiedades de reflectividad definidas por el Código 2019. Estos cilindros de prueba también se utilizaron para probar el sistema CEDES CabSafe™, que ha sido certificado por terceros como compatible con el Código. Los resultados de la cortina de luz 3D competitiva se muestran en la Figura 6. Tenga en cuenta que este sistema no detectó el cuerpo de prueba negro (cuadros y puntos morados) como lo exige el Código [consulte la Sección 2.13.5.3 (a)]. 

Los círculos rojos que se muestran en la Figura 6 se refieren a mediciones asociadas con un objeto de prueba blanco brillante (reflectancia IR mínima del 90 %) y los círculos morados son mediciones asociadas con un objeto de prueba negro (reflectancia IR máxima del 5 %) definido por el Código. Los círculos indican la primera detección del objeto de prueba cuando se acerca a la entrada del ascensor. Obsérvese el número significativo de primeras detecciones que se producen en los medios de detección de objetos entre las puertas (es decir, no hubo detección por parte de los medios de detección de objetos que se aproximan).

Con base en estos hallazgos, CEDES determinó que los transmisores y receptores infrarrojos tradicionales no podían cumplir de manera confiable los requisitos del Código por sí solos a menos que, por ejemplo, se utilizara tecnología TOF infrarroja.

Resumen y Conclusiones

Con base en los requisitos de la aplicación, tanto desde la perspectiva del Código como de nuestros clientes, CEDES determinó que incorporar los medios de detección de objetos que se acercan en la misma carcasa que los objetos en los medios de detección del recorrido de la puerta (es decir, desarrollar una cortina de luz 3D) no resolvería un número importante de instalaciones de ascensores. Los siguientes puntos pesaron mucho en esta discusión:

• La Figura 1 muestra que el peligro se define como el borde anterior del lado de rellano de la puerta de rellano. Los ángulos necesarios para cumplir con los medios de detección de objetos que se aproximan definidos por el Código deben tener en cuenta varios parámetros no controlados, entre ellos:
  • el espacio entre las puertas,
  • el espesor de la puerta de rellano,
  • la ubicación de los medios de detección con respecto a los parámetros anteriores.
• Las Figuras 2, 4 y 5, y los cálculos asociados presentados en este artículo muestran:
  • El ángulo requerido debe ser superior a 50° hacia afuera con respecto al plano de las puertas para cumplir con un número mínimo de aplicaciones.
  • El ángulo requerido debe ser superior a 60° hacia afuera con respecto al plano de las puertas para abarcar una cantidad significativa de aplicaciones, pero no todas, debido a los espacios más grandes entre las puertas. 
  • Un sensor montado en la puerta de la cabina del ascensor con detección de objetos que se acercan (es decir, una cortina de luz 3D) que utiliza ángulos de transmisión/recepción de menos de 50° no puede cumplir con los requisitos del Código: la mayoría, si es que existe alguna, de las aplicaciones de ascensores.
• Como se muestra en la Figura 3, cuando las puertas de rellano conducen a las puertas de la cabina del ascensor, ángulos de transmisión/recepción más grandes pueden no permitir que un medio de detección de objetos que se aproxima cumpla con los requisitos del Código, es decir, los medios de detección no pueden ver más allá de las puertas de rellano.
• Como se muestra en la Figura 6, evitar variaciones en las distancias efectivas causadas, por ejemplo, por el color de la ropa, requiere el uso de tecnología de medición de distancias. Una persona que se acerca a la entrada de un ascensor con una camisa negra y pantalones vaqueros azules (baja reflectancia IR) debería ser tan importante como una persona que se acerca a la entrada con una camisa blanca y pantalones caqui (mayor reflectancia IR). 
• Otros problemas históricos de rendimiento asociados con la luz solar directa también afectaron esta decisión.

Con base en estos puntos, CEDES optó por desarrollar su sistema CabSafe infrarrojo (IR) TOF montado en el espejo de popa como una solución para la detección de objetos de aproximación definida en el Código. 

CEDES insistió en la certificación de terceros del sistema CabSafe para brindar a los clientes la confianza de que el sistema CabSafe, de hecho, cumple con los requisitos del Código 2019. Muchos clientes también probaron el sistema CabSafe por su cuenta y validaron los resultados de la prueba, llegando a las mismas conclusiones.

Liftinstituut revisó el diseño, la documentación y los resultados de las pruebas de CabSafe. Al finalizar la investigación, certificó que CEDES CabSafe, efectivamente, cumple con los requisitos del Código de seguridad de ascensores de 2019 y 2022 definidos en la Sección 2.13.5 Dispositivos de reapertura para puertas de ascensores horizontales cuando se instalan de acuerdo con las instrucciones de instalación y operación de CabSafe. El certificado de Liftinstituut, junto con una descripción general, soporte técnico, instrucciones de funcionamiento y otra información, están disponibles en cedes.com/en/products/cabsafe/.

Referencias

[1] ASME Internacional (ASME). ASME A17.1-2019 / CSA B44:19 Código de seguridad para ascensores y escaleras mecánicas: una norma nacional estadounidense (ANSI). ASME Internacional: Nueva York, Nueva York. 31 de diciembre de 2019. Páginas 58-60, 502-505.
[2] Joseph O'Neil, MD, MPH, Gregory K. Steele, DrPH, MPH, Carrie Huisingh, MPH y Gary A. Smith, MD, DrPH, Departamento de Salud Pública, Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana. Lesiones infantiles relacionadas con ascensores en los Estados Unidos, 1990 a 2004. Pediatría clínica. Septiembre de 2007. Publicaciones Sage. Páginas 619-625. Journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0009922807300232.
[3] Deborah E. Morrison-Ibrahim, Departamento de Salud Pública, Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana. Análisis retrospectivo de lesiones relacionadas con ascensores en edades de 20 a 64 años, 1990-2002. Inédito entre 2010-2012. Estudio obtenido del Dr. Gregory Steele el 4 de marzo de 2013. Páginas 1-35.
[4] Gregory K. Steele, DrPH, MPH, Joseph O'Neil, MD, MPH, Carrie Huisingh, MPH y Gary A. Smith, MD, DrPH. Departamento de Salud Pública, Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana. Lesiones relacionadas con ascensores en adultos mayores en los Estados Unidos, 1990 a 2006. The Journal of TRAUMA® Injury, Infection, and Critical Care. Enero de 2010. Lippincott, Williams y Wilkins. Páginas 188-192. journals.lww.com/jtrauma/Abstract/2010/01000/Elevator_Related_Injuries_to_Older_Adults_in_the.32.aspx.