Um tipo especial de elevador para serviço pesado

Greta, Brumme e o guindaste para navios Niederfinow, ao norte de Berlim.

No final de agosto, o autor deste texto visitou o elevador de navios de Niederfinow, no Canal Oder-Havel, a aproximadamente 60 km a nordeste de Berlim, na Alemanha. Por razões de segurança, todos usavam coletes salva-vidas durante a visita. Em um belo dia de verão, o monumento podia ser visto de longe, imponente na paisagem plana e arenosa ao redor. O local é protegido, entre outros animais, pela gansa Greta, que, devido a uma asa quebrada, permanece na Alemanha (mesmo durante o inverno) há muitos anos e é alimentada regularmente.

Jörg Schumacher, chefe de operações locais da Autoridade de Hidrovias e Navegação do Oder-Havel (Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt WSA), conduziu pessoalmente uma visita guiada de 3 horas às novas instalações e às antigas instalações adjacentes. Como esteve ativamente envolvido na nova construção desde o primeiro minuto do planejamento e também foi gerente de operações das antigas instalações desde 2001, ele compartilhou informações valiosas sobre o planejamento, a fase de construção e a operação de ambos os elevadores. Além disso, ele já compartilhou sua experiência em locais tão distantes quanto a China. Na Barragem das Três Gargantas, no Rio Yangtzé, a operação e a manutenção do elevador de navios são baseadas no sistema alemão.

História

Neste local, já existem quatro gerações de instalações técnicas para superar os desníveis do canal.

Canal de Finow de 1620

O Canal de Finow foi construído entre 1605 e 1620 e, após ser destruído durante a Guerra dos Trinta Anos, foi restaurado a partir de 1743 por decreto do Rei Frederico II.

Escadaria Lock 1914

A segunda geração era formada por uma escadaria de eclusas de quatro estágios com uma altura de elevação de 4 x 9 m, que operou de 1914 a 1972. Ela está localizada diretamente ao norte do novo elevador, cujos vestígios inacabados são claramente visíveis de cima. A eclusa mais baixa fica à direita e a terceira à esquerda, a uma distância de 200 m. Naquela época, também se cogitava a construção de um primeiro elevador, mas o projeto foi adiado devido à Primeira Guerra Mundial. Os navios eram rebocados por oito locomotivas elétricas, uma das quais ainda se conserva até hoje.

Elevador de navios 1934

O monumento industrial tombado tem 52 metros de altura, sendo o ponto mais alto o guindaste. A largura é de 27 metros, o comprimento de 94 metros e a profundidade da calha de 8 metros. O custo da construção do guindaste foi de 27.5 milhões de Reichsmarks, o equivalente a 126.5 milhões de euros atualmente. Foram utilizados 72 mil m³ de concreto, 18 mil toneladas de aço e aproximadamente 1.5 milhão de rebites. Ele permanecerá em operação pelo menos até o término da garantia do novo edifício.

Um elevador Lödige de 2000 transporta funcionários e o autor deste texto até o nível da passarela de visitantes ou do salão das polias de cabos. Os mecanismos do elevador de calha estão localizados diretamente acima da calha. Eles são acionados por quatro motores elétricos de corrente contínua de 55 kW que movimentam os guinchos. Cada subida consome atualmente cerca de 12 euros em eletricidade. O motor de acionamento e a caixa de engrenagens de quatro estágios ficam diretamente no eixo de transmissão. Dois sinais sonoros e a calha começa a se mover.

As operações são realizadas manualmente e com o simples pressionar de um botão. Na casa de máquinas, no lado leste, o controlador de velocidade é controlado por resistores — tal como num bonde antigo. O botão de parada de emergência ostenta o nome "Brumme" (que significa zumbido). O painel de controle ainda conserva suas etiquetas originais em letras padrão. Apenas o tacógrafo é novo e foi modernizado digitalmente pela empresa Endress+Hauser. A mesa é revestida com o piso original.

A bomba de óleo lubrificante alimenta o sistema de lubrificação contínua. Os mancais de deslizamento desgastados recebem óleo novo a cada dois anos. Eles são projetados para lubrificação por anéis. Todas as peças da máquina são armazenadas em suas embalagens originais como peças de reposição.

Entre eles, na parte inferior do piso, fica o tanque de transbordo, que tem cerca de 90 metros de comprimento e de onde o tanque cheio, pesando cerca de 4,300 toneladas, é transportado para cima e para baixo.

A instalação é sustentada por 256 cabos. Cada conjunto de oito cabos suporta uma viga transversal com um contrapeso. Cada cabo pesa 900 kg e tem 52 mm de diâmetro. Em 1984, os cabos foram completamente renovados pela primeira vez em 50 anos. Em fevereiro de 2023, todos os cabos de suspensão foram substituídos novamente. As quatro correntes de compensação pesam um total de 90 toneladas. O sistema de segurança, composto por uma coluna com porca de fixação e um parafuso, suporta até 2,400 toneladas.

Planejamento, construção e operação da nova usina

A nova construção tornou-se necessária devido ao aumento do tamanho dos navios necessários para garantir o tráfego marítimo entre Berlim, na Alemanha, e o porto de Szczecin, na Polônia. O elevador faz parte da hidrovia E70, que liga Rotterdam, na Holanda, a Klaipeda, na Lituânia. Outro problema técnico era que o aço utilizado na antiga instalação estava se tornando quebradiço.

Planeamento

As primeiras considerações já haviam sido feitas na década de 1990. Um elevador exigiria a menor quantidade possível de troca de água entre os rios Havel e Oder. Como originalmente não havia ligação hídrica entre esses dois rios, a estrutura criou uma divisória de águas artificial entre o Mar Báltico e o Mar do Norte.

O nível da água na entrada geralmente flutua apenas cerca de meio metro. O nível da água acima é 36 metros mais alto. Se ocorrer uma inundação, todas as partes móveis acima da linha d'água precisam ser removidas. Na antiga usina, isso exigia dois dias de aviso prévio. Na nova usina, os níveis inferiores que inundam estão praticamente vazios, assim como todos os níveis do subsolo; no entanto, seus componentes de máquinas pesadas permanecem.

Schumacher relata que participou do planejamento como representante da Administração Federal de Vias Navegáveis ​​e Transporte Marítimo (WSV). Em 2001, o primeiro projeto preliminar foi submetido à aprovação pelo escritório de arquitetura de Beulke. Decisões fundamentais, como o traçado das comportas, foram tomadas pelo Ministério Federal da Construção. O processo de aprovação do projeto ocorreu entre 2004 e 2005. A construção teve início com o lançamento da pedra fundamental em 23 de março de 2009 e a inauguração ocorreu em 4 de outubro de 2022.

Naturalmente, todas as normas e regulamentações legais aplicáveis ​​foram levadas em consideração durante o planejamento. Por exemplo, os pilares estão sujeitos às diretrizes para edifícios altos do estado de Brandemburgo. A engenharia hidráulica é amplamente regida pelas normas administrativas do próprio órgão. Os elevadores de passageiros instalados atendem à norma EN 81.

Processo de construção

Os quatro pilares e as colunas de suporte das polias de cabos foram inicialmente erguidos uniformemente a uma altura de pouco menos de 55 m acima do nível do solo. Em seguida, os dois suportes das polias de cabos de aço, cada um pesando cerca de 1,000 t, foram colocados nas laterais entre eles e as polias de cabos foram inseridas. Os cabos foram então estendidos e os contrapesos suspensos. A vala foi preenchida com areia; o peso total de 7,000 t então puxou os pilares, que haviam sido pré-moldados e inclinados para dentro, para a posição vertical. Finalmente, a ponte sobre o canal, que tem aproximadamente 66 m de comprimento, 22 m de largura e 8 m de altura, foi instalada em frente à vala.

Após a estrutura, com pouco mais de 46 m de largura e 133 m de comprimento, iniciou-se a montagem da parte mecânica. Todos os componentes foram içados individualmente por guindaste, soldados e fixados.

O custo total da obra foi de 520 milhões de euros. As empresas envolvidas na construção foram a Bilfinger Construction, responsável pela estrutura de concreto armado (calha e estrutura de suporte); a DSD Brückenbau (construção de pontes), pela estrutura metálica (calha e ponte sobre o canal); a Johann Bunte Bauunternehmung (construção), pela terraplenagem e obras civis especiais; e a SIEMAG TECBERG, pela engenharia mecânica (acionamento da calha e sistemas de segurança). Foram movimentados aproximadamente 1,200,000 m³ de terra. Foram utilizados cerca de 65,000 m³ de concreto e concreto armado, aproximadamente 10,070 toneladas de aço para reforço e cerca de 35,000 m² de estacas-prancha.

Uso

O processo de elevação ou abaixamento leva cerca de 20 minutos cada. É gratuito para os usuários. Na Alemanha, apenas as eclusas do Mosela e do Canal de Kiel ainda são cobradas. A eletricidade adicional necessária para os tiristores ocorre apenas no inverno. Os aquecedores também não funcionam no verão. Ambos os fatores impactam os custos operacionais.

Cerca de 4,000 barcos de recreio, 4,500 navios de passageiros e entre 6,000 e 8,000 navios de carga utilizam o elevador anualmente. O comprimento máximo dos navios é de 83.5 m no elevador antigo e de 113 m no novo. Entre outras cargas, são transportados aço e sucata, além de peças de máquinas de grande porte, como as utilizadas em turbinas eólicas. Com o aumento dos preços da energia, o carvão mineral também voltou a ser transportado. Ainda há uma escassez de contêineres, mas espera-se que eles representem uma parcela maior da carga em cinco anos.

Entre 120,000 e 130,000 turistas visitam as instalações anualmente. Um centro de informações foi construído especialmente para esse fim. Enquanto isso, o atendimento aos turistas foi transferido para a prefeitura, conforme previsto no projeto.

Manutenção, incluindo assistência técnica e experiência inicial de operação.

A usina está em fase de inicialização, durante a qual as interrupções são medidas e os componentes da planta são ajustados. Não está previsto um monitoramento completo da planta. Muitos pontos só podem ser detectados e avaliados visualmente, com base na experiência.

O conceito de manutenção com especificações de serviço está sendo desenvolvido com base na experiência operacional inicial, tanto nova quanto antiga, e nas especificações dos fornecedores. Ele já contém cerca de 1,000 tópicos, detalhados em seus componentes individuais. Durante o período de garantia de cinco anos, esse trabalho será realizado pelo consórcio. Atualmente, estão sendo recrutados funcionários da própria empresa, que serão treinados para assumir parcialmente as atividades em uma data ainda a ser definida.

A WSV realiza uma inspeção anual. A cada três anos, é feita uma pequena verificação. A cada seis anos, é realizado um exame estrutural completo. Este exame se estende por 1.5 anos e é realizado parcialmente durante a operação normal, mas também requer algumas paralisações.

Alguns componentes já apresentavam defeitos, resultando em três paralisações de seis, nove dias e quatro semanas. Como a antiga central opera em paralelo, isso ainda não causou interrupções no funcionamento da hidrovia como um todo. Um grande número de componentes está atualmente armazenado como peças de reposição. No início deste verão, o estoque de peças de reposição atingiu 98%.

Operação da Nova Usina

Trata-se de um elevador vertical com contrapeso que funciona segundo o princípio de Arquimedes de 236 a.C.: o peso da calha permanece o mesmo com o navio dentro, pois este sempre desloca a sua própria massa de água.

Estruturas e suas partes móveis

A instalação consiste em quatro pilares, um em cada canto, acessíveis por uma ponte sobre o canal na frente e conectados ao elevador central à direita e à esquerda. O local é monitorado por 16 câmeras para a operação e outras 20 câmeras para a rede de caminhos e os portões. O acesso à instalação é protegido por um sistema de fechaduras eletrônicas. As portas de segurança são trancadas com ímãs.

Três elevadores da empresa FB, instalados em três torres, ligam os andares -3 a 12, 0 a 12 e -1 a 13. Os motores dos elevadores estão localizados no 13º andar. A central de controle também se encontra nesse andar, assim como o sistema de pressurização de água e o sistema de coleta de esgoto. Banheiros adaptados para pessoas com deficiência e uma cozinha também estão disponíveis. Uma antecâmara móvel separa a central de controle da torre.

O centro de controle do novo elevador de navios funcionará em dois turnos, das 5h30 às 14h15 e das 14h às 22h30. Como se trata de uma hidrovia federal, um supervisor de turno, além de pelo menos um operador para a nova instalação e um operador para a antiga (das 9h às 18h no verão e das 10h às 16h no inverno), estarão sempre presentes simultaneamente para garantir redundância. O elevador de navios antigo é operado por apenas um operador no local. Em caso de manutenção ou falhas, o procedimento também é realizado na nova instalação, a partir da estação de controle principal ou por controle remoto via rádio.

Da ponte sobre o canal, a vista se estende até a calha através das comportas giratórias estanques e dos sistemas de proteção contra impactos. Como medida de precaução contra avarias, por exemplo, se um navio ficar impossibilitado de manobrar, cabos na calha protegem contra a perda total das comportas. Caso um navio na calha pegue fogo, os cabos são resfriados com um jato de água utilizando um sistema de refrigeração composto por bombas de alto desempenho e um sistema de tubulação.

O tanque tem um comprimento livre de 115 m e pouco menos de 126 m de comprimento, com 12.5 m de largura externa. Quando cheio, pesa cerca de 9,800 toneladas. Ele se move em uma bacia com pouco menos de 28 m de largura e 4 m de profundidade. Escadas com altura ajustável estão localizadas no tanque para permitir a evacuação em qualquer nível.

Concreto impermeável foi utilizado nos quatro níveis do subsolo. O pivô da comporta em frente ao reservatório está localizado aqui. No momento da visita, a comporta de 51 toneladas estava aberta, ou seja, apoiada no fundo do reservatório. Bombas podem corrigir o nível da água no reservatório (invertendo o sentido). Os equipamentos de guindaste para instalação e manutenção foram trazidos em um estágio inicial da construção.

Componentes mecânicos e elétricos e seus controles

A unidade opera com 256 cabos revestidos de zinco, cujo revestimento se desgasta com o tempo. Os cabos são lubrificados automaticamente, o que também serve para protegê-los contra corrosão. Eles são inspecionados visualmente de forma constante para determinar o momento de descarte. Atualmente, espera-se que isso não seja necessário durante o período de garantia, mas sim em cerca de 30 a 40 anos. A cada seis anos, os cabos também são inspecionados por meio de técnicas de medição por indução para determinar o momento ideal para o descarte. Um registro dos cabos está sendo elaborado, com a medição inicial prevista para 2022. Os dados das inspeções serão inseridos no sistema para que as repetições permitam prever o desgaste dos cabos.

Cada cabo possui um contrapeso de 43 a 45 toneladas. Os pesos de concreto nos cabos são equipados com olhais de montagem e buchas para guarda-corpo. Eles são guiados em trilhos laterais na estrutura de contrapesos quando se movem devido à influência do frio e do calor. Um cabo tem cerca de 67 metros de comprimento, 60 mm de diâmetro e pesa 1,236 kg com as buchas para garfos. O alongamento dos cabos foi minimizado por meio de pré-estiramento antes da instalação. Após aproximadamente 5,000 viagens — o que corresponde a pouco menos de um ano de uso — houve um alongamento de alguns centímetros. Isso foi levado em consideração no ajuste durante a instalação. A estrutura oferece espaço suficiente para isso. Como observação adicional, Schumacher menciona que os chineses compraram os mesmos cabos.

As cordas são fixadas em pares, ou seja, uma corda Lang Lay fixada à esquerda e outra à direita, cada uma passando por uma polia comum dentro do mesmo conjunto. A barra amarela serve como dispositivo de segurança caso uma das cordas se rompa. Há um total de 2 polias de corda com ranhuras duplas de 112 mm. O inserto de plástico nas ranhuras, que serve para prolongar a vida útil das cordas, é substituível em seções.

A corrente de compensação (à esquerda) para a carga da corda móvel está presa ao contrapeso e à calha. Se a calha estiver levantada, há mais corda (até um máximo de 160 t) no contrapeso. As quatro correntes pesam um total de 160 t. À direita está o cabo de alimentação. Novamente à direita está a escada de emergência para permitir a descida em caso de emergência para evacuação de cada andar. Em seguida, vem a escada cremalheira na qual o pinhão se encaixa. Por último, na fileira, está a coluna da porca de retenção, que utiliza um parafuso sem contato para atuar como um sistema de segurança em caso de vazamento de água, funcionando como um dispositivo de segurança para impedir que a calha suba. Ela pode acumular até 6,500 t nos quatro pontos.

É acionado por oito motores elétricos Siemens, cada um com potência nominal de 160 kW. Duas caixas de engrenagens, cada uma pesando 14 toneladas, são flangeadas aos motores.

A trava de rotação do eixo está localizada no meio, entre os motores, com a guia à direita, com roletes na frente e atrás. O eixo (trava de rotação) é feito de aço fundido. A rosca autotravante foi usinada. A mandíbula roscada (coluna da mandíbula da porca) pode suportar as cargas mortas em caso de perda de água, estabilizando a calha em um comprimento de 36 m em caso de emergência. Em operação, o eixo se move sem contato. Quando a água sai da calha, o eixo repousa sobre a mandíbula. Essa construção é uma patente do engenheiro Löbel, que teve a ideia durante o planejamento do antigo elevador de navios. Os direitos de uso da patente foram adquiridos dele — bem como de empresas chinesas.

A mola amortecedora (tampão de mola) compensa as flutuações do nível da água; 1 cm a mais ou a menos de água no tanque corresponde a 16 toneladas de peso de água.

O dispositivo de retenção com controle hidráulico fixa a calha na posição correta do canal. O pistão hidráulico levanta a barra. A barra inclina-se para baixo.

O sistema de controle digital é da ABB e operado por meio de uma interface WSV. Cerca de 7,000 parâmetros operacionais são monitorados 24 horas por dia, 7 dias por semana, por sensores e registrados para documentar e detectar o funcionamento normal durante a viagem, bem como falhas. É assim que a experiência e suas interpretações são adquiridas. Já ficou claro que serão necessárias duas configurações básicas diferentes: uma para o inverno e outra para o verão, com temperaturas de até 30°C.