El humilde contrapeso del ascensor

Más de lo que parece

A primera vista, parece que no hay mucho que decir en relación con el humilde contrapeso de elevación. Sin embargo, los recientes fallos en China, junto con algunos fallos históricos en el Reino Unido, son motivo de preocupación.

Se han producido averías en varios montajes de poleas desviadoras de cable de contrapeso, debido principalmente a la distorsión y deformación de los elementos horizontales de la sección superior del contrapeso, que, además de formar un elemento crítico de seguridad del bastidor de soporte del contrapeso, también sujetan la polea desviadora de cable, el eje y los cojinetes. Como resultado de una avería de este tipo, el desviador se desprende del contrapeso con consecuencias catastróficas.   

En una falla muy publicitada en el Tower Bridge de Londres, una polea de contrapeso y un cojinete que habían sido modificados durante una modernización se desprendieron del marco del contrapeso, lo que provocó lesiones a los pasajeros en la posterior caída de la cabina del ascensor.

Las fallas en China incluyen la desintegración de los rellenos de contrapeso, que están formados por una mezcla de polvo de mineral de hierro y cemento, hasta el punto en que el contrapeso se vuelve inestable y/o los rellenos pueden liberarse con consecuencias catastróficas.

Tradicionalmente, los contrapesos se formaban como unidades de hierro fundido de una o varias piezas (Imagen 1) y luego en marcos de acero estructural soldados o atornillados con pesos de relleno de hierro fundido.

Los diseños de contrapesos más recientes incorporan marcos formados por chapa metálica prensada que pueden presentar problemas particulares en términos de manipulación durante el reencordado y las reparaciones y en la susceptibilidad del marco liviano a daños y deformaciones. La imagen 2 muestra un marco de contrapeso moderno con la sección superior deformada debido a un eslingado y elevación inadecuados con una eslinga enrollada alrededor de los miembros superiores del marco. La imagen 3 muestra el mismo contrapeso después de que se habían reemplazado los miembros de eslinga dañados originales y donde un proceso adicional de eslingado y elevación resultó en la deformación de la sección superior recién reemplazada en un modo de falla diferente. Si bien los ingenieros en cuestión no habían recibido las instrucciones de eslingado y elevación del fabricante ni anclajes de elevación especializados, a pesar de que estaban subcontratando al fabricante del elevador, parece haber poca o ninguna excusa para repetir el error dos veces seguidas. 

La consideración de las cargas y fuerzas que pueden aplicarse a un contrapeso refleja un conjunto de componentes más complejo de lo que puede parecer inicialmente. Es evidente que un contrapeso debe poder soportar las fuerzas que surgen durante el uso normal, incluidas las cargas impuestas por el propio marco del contrapeso y sus pesos de relleno asociados, las que surgen durante el amortiguamiento a exceso de velocidad; las fuerzas aplicadas en la terminación del cable cuando la cabina del ascensor acelera y se eleva mediante los cables de suspensión; las fuerzas que surgen debido a la fijación de los marcos de compensación y compensación, junto con las fuerzas adicionales que se absorben y transfieren a través de la compensación a la estructura del foso durante la activación del paracaídas de seguridad de la cabina; y el funcionamiento antirrebote y las cargas adicionales impuestas cuando el amortiguador del contrapeso está montado sobre el contrapeso en lugar de sobre el suelo del foso (Imagen 4). Cuando se utilizan paracaídas de seguridad de contrapeso, el contrapeso debe estar diseñado para soportar de forma segura las fuerzas impuestas durante el funcionamiento del paracaídas de seguridad a una velocidad de hasta el 125 % y de forma que el contrapeso y sus componentes permanezcan intactos y seguros. El marco del contrapeso debe ser lo suficientemente rígido como para garantizar que el contrapeso permanezca sujeto dentro de sus rieles guía y no se suelte ni choque con la cabina del ascensor. En aplicaciones de alta velocidad, se debe tener en cuenta el equilibrio del contrapeso y se puede lograr mediante el ajuste del grado de desplazamiento de los pesos de relleno y/o la ubicación de estos dentro del marco y/o mediante un ajuste fino de la ubicación del anclaje del cable de suspensión del contrapeso. 

Todos estos factores y riesgos potenciales deben tenerse en cuenta y mitigarse en el diseño del contrapeso de modo que éste sea, en realidad, un conjunto de productos de ingeniería complejo que requiere una consideración seria en cualquier diseño.  

Una regla general en la práctica de diseño tradicional establece que se debe configurar un contrapeso para acomodar un 5 % adicional de la masa estimada del automóvil y espacio para no menos del 10 % de la masa total estimada del automóvil, o al menos dos rellenos adicionales.  

Todos estos factores y riesgos potenciales deben tenerse en cuenta y mitigarse en el diseño del contrapeso de modo que éste sea, en realidad, un conjunto de productos de ingeniería complejo que requiere una consideración seria en cualquier diseño.  

La cuestión de la relación de equilibrio entre el vehículo y el contrapeso o el porcentaje de sobrebalanceo suele surgir en los debates del sector y suele complicarse innecesariamente con sugerencias de un requisito absoluto de un sobrebalanceo del 50%, lo que, por supuesto, es incorrecto. He encontrado un sobrebalanceo de tan solo el 33% y, siempre que la relación de tracción se mantenga dentro de la Norma, esto está bien. Es el diseño y la aplicación particular del elevador lo que dicta el porcentaje de sobrebalanceo, y las Normas no establecen ningún requisito absoluto al respecto. Es el diseñador quien debe determinarlo, teniendo en cuenta las características particulares del diseño y la aplicación del elevador. Es la capacidad de diseño del equipo original retenido lo que lo hace tan importante que, como parte de cualquier modernización, se debe establecer el sobrebalanceo apropiado, en lugar de una mera estimación del 50%.

La aplicación del concepto Safe Lift data de la década de 1920 e implica la provisión de una extensión de contrapeso que se mantiene en el foso del ascensor. Cuando es necesario, la extensión se conecta a la parte inferior del contrapeso para facilitar el transporte de una carga pesada, que supere la capacidad de carga útil normal de la cabina del ascensor. Recuerdo un diseño que se proporcionó para facilitar el transporte de un gran transformador desde el techo de una fábrica para su reparación o renovación. El transformador era la pieza de planta más pesada de la fábrica y durante el diseño y la construcción originales, los diseñadores incluyeron el concepto Safe Lift para facilitar el mantenimiento y la reparación del transformador. La capacidad de carga de una cabina de ascensor podría aumentarse hasta en un tercio mediante la aplicación de Safe Lift. 

El uso de doble contrapeso data de finales del siglo XIX y las cargas impuestas por la cabina y su contrapeso se transportan sobre un sistema de poleas superiores que está separado de la máquina elevadora de accionamiento del tambor y que está conectado por separado, mediante sus propios cables, a la cabina del ascensor y a su propio contrapeso de carga. Esta disposición reduce las cargas sobre la máquina elevadora de tambor y los cojinetes de la máquina. La imagen 19 muestra un ejemplo que data de 5 y que sigue en servicio regular hasta el día de hoy.

Los contrapesos de tipo tirantes se utilizaron ampliamente durante la primera parte del siglo XX y continuaron hasta la norma EN 20-81: 1, aunque restringidos a velocidades de automóvil inferiores a 1998 m/s, hasta la exclusión final del diseño en la norma EN 1.0-81: 20. Se muestra un ejemplo en la Imagen 2014. Si bien no se recomienda conservar los diseños de tirantes en la modernización, muchos diseños de modernización incorporan modificaciones a dichos contrapesos que implican la adición de marcos de sujeción o disposiciones de seguridad similares.

También debemos reconocer y comprender que los contrapesos son componentes de larga duración que se suelen conservar como parte de la modernización de un ascensor, de modo que un contrapeso puede estar en servicio durante 50 años o más. De hecho, conozco un contrapeso que data de 1908 y que ha estado en servicio durante 116 años, con sus rieles guía de madera, como se muestra en la Imagen 6.

Si bien el desarrollo de marcos de contrapeso de metal prensado livianos y materiales de relleno alternativos a menudo se justifica por factores de sustentabilidad y credenciales "verdes", la vida útil reducida de estos componentes en comparación con los diseños tradicionales junto con la introducción de mayores riesgos de seguridad (mayor carga de los marcos de metal prensado durante la modernización, por ejemplo, junto con cuestiones de vida útil por fatiga) me lleva a cuestionar la viabilidad y el valor a largo plazo de dichos componentes de costo reducido (o de ingeniería de valor).