Reforma da cabine: as questões de engenharia

Analisamos alguns dos principais problemas de engenharia que podem complicar um projeto de reforma de cabine, além da simples substituição ou alteração da decoração interna.

por Phil Andrew e Dr.

Este artigo é baseado em um capítulo que pode ser encontrado em Engenharia de Sistemas de Elevadores, disponível ainda nesta primavera no site: www.elevatorbooks.com

Introdução

Um sistema de elevador é mais do que uma coleção e montagem de diferentes componentes; é verdadeiramente um sistema, no qual as interfaces entre os componentes são de vital importância e as características, tanto físicas quanto operacionais, de cada componente ou subsistema devem estar relacionadas (em muitos casos, intimamente) às características dos demais. Nesse sentido, a cabine não é menos um componente de engenharia do que qualquer outro, e suas características (particularmente sua massa e equilíbrio) devem estar relacionadas ao restante do sistema de elevador. Nosso objetivo aqui é delinear algumas das principais questões de engenharia que podem complicar um projeto de reforma de cabine, além da simples substituição ou alteração da decoração interna.

Embora seja verdade que a reforma e os acabamentos internos de uma cabine de elevador possam ser concluídos em um ou dois dias, é essencial reservar tempo suficiente antes do início da obra para garantir, por meio de inspeções e testes adequados e totalmente documentados, seguidos de cálculos de projeto, que as alterações não comprometam as margens de segurança do sistema. Após a conclusão da reforma e antes que o elevador volte a operar, devem ser realizados testes adequados para demonstrar e documentar que a integridade do sistema foi preservada.

Uma questão importante na reforma ou modernização de uma cabine de elevador existente é o potencial de redução da margem de segurança do projeto original. Os sistemas de elevadores são projetados, de forma bastante deliberada, com grandes margens de segurança (por exemplo, um fator de segurança mínimo na suspensão, margem de segurança contra flambagem e curvatura dos trilhos-guia, etc.). É muito fácil que uma reforma comprometa essas margens. Embora, por exemplo, a adição de espelhos na cabine do elevador possa parecer um simples exercício de "montagem de loja", a massa adicional pode, em casos extremos, reduzir os fatores de segurança do cabo e do trilho-guia abaixo dos limites aceitáveis. Um fator de segurança estático do cabo que tenha sido reduzido para, digamos, 11 em vez do original 12 (dependendo da aplicação) não será perceptível na operação normal, mas significará que o elevador pode não estar mais em conformidade com o padrão de segurança original para o qual foi especificado e projetado. Além disso, em algumas circunstâncias, como o "salto do contrapeso", o fator de segurança pode ser momentaneamente reduzido, na prática, para um valor muito menor. Observe também que é bem possível que o sistema original tenha um fator de segurança de projeto na suspensão muito superior ao mínimo exigido para conformidade com as normas, visto que a carga na corda está intimamente relacionada à sua vida útil. Se o fator de segurança for reduzido, mesmo que ainda esteja em conformidade com as normas, os proprietários do edifício podem se deparar com custos de substituição de corda mais frequentes.

Ao considerarmos as questões de engenharia, devemos também levar em conta a “expectativa do usuário”. Embora para um engenheiro de elevadores o conceito de “elevador” remeta ao sistema completo – máquina, cabos, cabine, contrapeso, amortecedores, dispositivos de segurança, regulador, etc. – para o público leigo, é bem possível que o conceito se limite quase que inteiramente às partes visíveis do elevador, ou seja, o interior da cabine e, talvez, as portas do pavimento e da cabine. De fato, o conceito de que as portas da cabine são acopladas sucessivamente a um conjunto separado de portas de pavimento em cada entrada provavelmente não está na mente do passageiro comum. Consequentemente, se uma cabine de elevador for reformada (principalmente se a decoração for alterada, por exemplo, com a introdução de espelhos, uma melhoria significativa no acabamento interno ou mesmo uma simples mudança de cor), a intenção legítima do proprietário pode ser que o usuário perceba que se trata de um elevador “novo”. No entanto, devemos levar em conta as implicações dessa percepção.

Questões de engenharia

Talvez o primeiro ponto a destacar seja elementar. Como implícito na introdução, qualquer modernização, seja parcial ou completa, não deve reduzir o nível de segurança do elevador abaixo daquele que existia na época de sua instalação original ou atualização para conformidade com uma versão posterior das normas. No contexto da reforma da cabine, isso significa que, em particular, devemos considerar as implicações de uma alteração na massa.

Uma alteração no acabamento da cabine (por exemplo, a adição ou remoção de espelhos retrovisores) pode alterar a massa fixa lateral P. No entanto, outras alterações (por exemplo, a substituição de portas, do mecanismo de abertura das portas, etc.) também podem resultar em uma alteração da massa suspensa e afetar o equilíbrio longitudinal da cabine. Cabe ao engenheiro avaliar, em cada caso específico, se uma alteração de massa é significativa. As normas indicam que uma alteração de 5% ou mais seria considerada significativa. Mesmo assim, é possível que uma alteração menor exija uma análise cuidadosa.

Para garantir a integridade do sistema, é fundamental determinar a massa relevante antes e depois da alteração, de forma a avaliar as consequências para o sistema como um todo. Isso inclui também determinar a massa de quaisquer componentes (por exemplo, painéis decorativos) a serem removidos. Uma alteração na massa suspensa torna obrigatória a realização de um cálculo de projeto completo.

Qualquer aumento na massa fixa do lado da cabine deve claramente se refletir em um reequilíbrio do contrapeso que seja, no mínimo, suficiente para garantir a tração. Podemos assumir que, no ponto em que a relação de tração aplicada é máxima, as massas da caixa do elevador são compostas por diversos componentes (Tabela 1).

Para efeitos desta discussão específica, agrupamos a massa de transferência da suspensão, da compensação e dos cabos de deslocamento com as massas fixas da cabine e do contrapeso para gerar a massa máxima na lateral da cabine e no contrapeso.
massas laterais P_max e M_CWTClaramente, P_max será maior do que a simples massa da cabine em si.

A pior relação de tração geralmente ocorre com a cabine vazia próxima ao piso superior ou com a cabine cheia próxima ao piso inferior. Antes da modificação, durante a frenagem de emergência com a carga nominal em movimento descendente, com desaceleração da frenagem..._b, a relação de tração aplicada será

Ao frear para o último andar sem carga no carro, a desaceleração da frenagem será de_bP e

Se assumirmos agora que a massa do lado do carro é alterada por um valor δP, então, se a configuração do freio permanecer inalterada, a desaceleração da frenagem mudará devido à alteração na massa. No entanto, assumiremos que a configuração do freio é
ajustado para fornecer a mesma desaceleração de frenagem ab ou, alternativamente, que δ P seja pequeno em comparação com a massa total da caixa do elevador. Se a pior relação de tração antes da modificação ocorrer com a carga nominal na cabine se aproximando do piso mais baixo e não for alterada, devemos alterar a massa do contrapeso em um valor δMcwt, de forma que

ou, se a pior relação de tração possível for quando uma cabine vazia se aproxima do piso mais alto:

É importante observar nesta etapa que, se o contrapeso for ajustado de acordo com a equação 3 ou 5, embora a relação de tração no pior caso não se altere, o ajuste modificará o equilíbrio, uma vez que a proporção da massa do contrapeso associada ao balanceamento da carga será alterada. Por outro lado, se a solução óbvia for adotada (ou seja, a massa do contrapeso for simplesmente ajustada por um valor δP, igual à variação da massa do carro), a relação de tração será alterada, mas o equilíbrio permanecerá o mesmo.

Devemos também observar que, se a massa do contrapeso for alterada de acordo com a equação 3, não é inconcebível que a frenagem de emergência na direção descendente deixe de ser a condição mais desfavorável para a tração, e vice-versa se δMcwt for calculado de acordo com a equação 5. Nosso objetivo aqui não é desenvolver uma metodologia para recalcular o contrapeso, mas sim investigar os potenciais problemas associados a uma alteração na massa fixa do lado do carro.

A abordagem mais simples é igualar δMcwt a δP, caso em que nem a equação 3 nem a 5 são satisfeitas; ou seja, agora temos

onde a aceleração a se relaciona com a condição que dá origem à pior relação de tração possível.

Até este ponto, não declaramos se a variação δP na massa fixa do lado do carro será um aumento ou uma diminuição. Se aumentarmos a massa fixa, então δP será, algebricamente, um número positivo, enquanto que, para uma diminuição, δP será negativo. Consequentemente, para um aumento na massa fixa, desde que

Então, a relação de tração será reduzida em relação ao seu valor anterior à modificação; ou seja, a margem entre as relações de tração aplicada e crítica melhorará, enquanto que, para uma diminuição na massa fixa, a margem só melhorará se

A condição de contorno é encontrada calculando os valores para

conforme mostrado na Figura 1.

É evidente que, para todas as aplicações práticas, esperaríamos que a desaceleração (seja frenagem ou desaceleração normal) estivesse dentro da faixa de 0.09gn ≤ a ≤ 0.19gn e que a relação de tração estivesse dentro da faixa de 1.5 a 2.2, conforme mostrado pela área sombreada na Figura 1. Nessa região, um aumento igual na massa do carro e do contrapeso na verdade reduzirá (ou seja, melhorará) a relação de tração aplicada, enquanto uma redução na massa a aumentará. Devemos enfatizar aqui que estamos nos referindo à relação de tração aplicada (ou seja, a relação de tração real que ocorrerá na prática) e não à relação de tração crítica, que depende da geometria da máquina de tração e dos centros dos cabos.

Contudo, embora possamos ter confiança de que um aumento na massa da cabine dificilmente causará deterioração na relação de tração (que, no entanto, deve ser verificada), há uma série de outros problemas que podem ser afetados negativamente por uma mudança na massa. É importante ressaltar que as frequências de ressonância do sistema de suspensão mudarão com quaisquer modificações nas massas – seja um aumento ou uma diminuição.

Aumento da massa fixa lateral do carro

Como mencionado anteriormente, se a massa da cabine não aumentar mais de 5%, a maioria das normas de segurança não exigirá uma revisão completa do sistema. No entanto, é importante ter em mente que essa flexibilização se aplica à massa de
apenas o táxi, não para P_max, que utilizamos aqui. Além disso, para evitar a erosão gradual das margens de segurança, é importante que qualquer alteração de massa seja avaliada em relação à massa original da cabine ou à massa da cabine estabelecida na última reforma que incluiu um cálculo completo do sistema. Ao longo da longa vida útil de um elevador, é possível que a cabine seja remodelada diversas vezes. Dois ou três projetos de remodelação sucessivos, cada um dos quais permaneça dentro de 5% da massa da cabine existente na época, podem muito bem fazer com que a massa da cabine ultrapasse a variação permitida de 5%. Outras questões são listadas abaixo, mas a lista não é exaustiva:

• A resistência da estrutura civil deve ser capaz de suportar qualquer aumento de massa, tendo em conta que esse aumento de massa é aplicado tanto no lado do carro como no lado do contrapeso.
• A carga no eixo da polia e na polia desviadora/secundária aumenta com qualquer aumento total de massa.
• Os suportes da máquina (pilares ou estruturas de aço) devem ser adequados para o aumento da carga total.
• O fator de segurança da suspensão deve permanecer dentro dos limites permitidos (que, considerando a vida útil da corda, podem ser consideravelmente superiores ao mínimo permitido pelas normas).
• Os cálculos de guia terão de ser revistos para garantir que as deflexões da guia e as cargas de flambagem não sejam excessivas. No que diz respeito a estas últimas, qualquer alteração que desloque o centro de massa, mesmo que a massa total permaneça inalterada, também exigirá verificação, uma vez que as cargas de flexão nos trilhos-guia serão alteradas.
• Os amortecedores e os equipamentos de segurança na cava devem ser adequados à massa alterada. Isso pode exigir testes e medições para determinar sua capacidade de suportar o peso.
• A capacidade de carga dos equipamentos de segurança e qualquer proteção contra excesso de velocidade na direção ascendente deve ser adequada à nova carga.

Como exemplo dos problemas envolvidos, se for utilizado um equipamento de segurança progressivo (Tipo B), independentemente de a massa ter sido aumentada ou diminuída, existe claramente um problema em relação aos valores de desaceleração esperados.

Se o código de segurança relevante especificar o desempenho em termos de velocidade nominal, velocidade de desarme do regulador e distância de parada máxima/mínima com carga nominal e suspensão intacta, então, tendo estabelecido que o sistema modificado ainda se enquadra na classificação do dispositivo de segurança, isso é relativamente simples de verificar por meio de um teste de carga total apropriado.

Contudo, quando o desempenho é especificado em termos de parada em queda livre com carga nominal, a questão torna-se um pouco mais problemática. É importante salientar que, quando os requisitos normativos são especificados em termos de desempenho em queda livre, não existe atualmente um método reconhecido ou aceito para confirmar esse desempenho testando um equipamento de segurança in situ com a suspensão intacta. A questão é objeto de debate entre especialistas, sendo a pergunta se um teste que garanta que a suspensão fique frouxa durante o ensaio pode ser utilizado para estimar a desaceleração em queda livre com carga nominal. No contexto europeu, a norma EN 81-1: Anexo D especifica um teste de comissionamento com 125% da carga nominal e deslocamento à velocidade nominal ou inferior. Este teste não verifica, nem tem como objetivo verificar, o desempenho em queda livre do equipamento de segurança. Trata-se simplesmente de um teste para garantir que o equipamento de segurança foi instalado corretamente e está funcional. É o exame de tipo e o teste de queda livre, e a consequente certificação da unidade, que estabelecem o desempenho do equipamento de segurança. Consequentemente, após uma modificação, não é suficiente simplesmente realizar o teste confirmatório especificado no Anexo D.

Redução da Massa Fixa

Uma redução na massa fixa lateral da cabine é, em princípio, pelo menos, mais fácil de lidar do ponto de vista do sistema. Vimos na Figura 1 que uma redução na massa fixa causará um aumento (ou seja, uma deterioração) na relação de tração aplicada. Além disso, a atuação do equipamento de segurança pode se tornar excessiva para atender às normas. A solução mais simples é garantir que a cabine seja lastreada até sua massa original, de modo que as condições de operação permaneçam nominalmente inalteradas. Isso pode envolver uma alteração na estrutura da cabine para introduzir a massa de lastro adicional. No entanto, essa pode não ser toda a questão.

Equilíbrio da cabine

Um efeito mais sutil de um projeto de remodelação da cabine é seu potencial para afetar o equilíbrio longitudinal da cabine. Como um novo acabamento pode alterar a distribuição de peso dentro da cabine, esse é um problema que pode surgir independentemente de a massa da cabine ser alterada, embora uma mudança de massa (seja aumento ou diminuição) certamente altere o equilíbrio. Se houver uma redução inicial na massa, a adição de contrapesos para restaurar a massa total da cabine provavelmente alterará o equilíbrio, enquanto um aumento na massa, por si só, quase certamente o fará.

O aspecto importante de uma alteração no equilíbrio é o potencial efeito no sistema de guia. Em um sistema ideal, a cabine ficará suspensa pela suspensão, não impondo nenhuma carga lateral nas sapatas-guia, exceto a necessária para vencer qualquer torção residual dos componentes da suspensão ou devido a uma carga desigual na cabine (por exemplo, uma carga parcial de passageiros em pé na frente ou na traseira do veículo). De fato, em uma instalação de alta qualidade, com especificações rigorosas de conforto de rodagem, o instalador original terá se empenhado consideravelmente para equilibrar a cabine corretamente na direção longitudinal, a fim de garantir uma mínima transmissão de quaisquer pequenas imperfeições nos trilhos-guia e nas juntas de guia para a cabine.
Qualquer alteração inadvertida no equilíbrio pode levar a uma deterioração da qualidade da viagem ou (mesmo que não seja esse o caso) à sobrecarga das sapatas guia dos roletes ou ao aumento do desgaste das sapatas deslizantes. Não beneficia os interesses comerciais da empresa que realiza a remodelação se, após a melhoria significativa do acabamento da cabine, o proprietário for submetido a um aumento de reclamações quanto à qualidade da viagem ou a custos mais elevados devido à substituição mais frequente das sapatas guia (juntamente com o potencial aumento da frequência de substituição dos cabos, conforme discutido anteriormente).

Do ponto de vista da segurança, uma alteração no equilíbrio do carro também modificará as cargas de flexão nas guias durante o acionamento dos equipamentos de segurança. Independentemente de se permitir ou não a manutenção de um equilíbrio modificado, os cálculos das guias devem ser verificados para garantir que a margem de segurança do material da guia não seja reduzida além dos limites permitidos de tensão de flexão e flambagem.

Percepção das mudanças

Além das questões de engenharia já mencionadas, também devemos considerar a percepção dos usuários e potenciais usuários. É bastante apropriado que, à medida que os perigos e riscos se tornam evidentes, com o tempo, tanto o código de segurança quanto as boas práticas de projeto sejam alterados para reduzir os riscos e/ou eliminar os perigos. Costuma-se dizer que o código de segurança (em qualquer jurisdição) é um padrão "mínimo", e um bom projeto proporcionará um desempenho que vai além dos requisitos. Assim, a precisão do nivelamento melhorou ao longo do tempo, independentemente dos requisitos detalhados do código de segurança. Além disso, em termos de parada de emergência, embora os códigos exijam que o freio eletromecânico (e, em última instância, a combinação regulador/dispositivo de segurança) seja utilizado para parar o elevador com segurança em caso de sobrevelocidade, muitos sistemas de controle detectam uma sobrevelocidade incipiente antes que o elevador atinja a velocidade de acionamento do regulador (elétrico ou mecânico) e param o elevador, ou até mesmo reduzem a velocidade para um nível baixo e seguem para o andar mais próximo para liberar os passageiros. No passado, essas funcionalidades eram limitadas a instalações mais sofisticadas, mas, à medida que a tecnologia se tornou mais competitiva em termos de custos, cada vez mais instalações oferecem esse tipo de desempenho, de modo que hoje, até mesmo um elevador em uma garagem de estacionamento pode oferecer um "desempenho VV" em termos de nivelamento, etc.

A vida útil de um elevador é longa em comparação com muitos produtos – um pouco maior do que, digamos, a de um automóvel comum. Consequentemente, quando se trata de reforma ou modernização, o elevador a ser reformado, embora esteja em conformidade com as normas, pode apresentar um desempenho muito inferior ao que se espera. Como exemplo, um elevador residencial de baixa velocidade ainda pode utilizar um controle CA de uma ou duas velocidades, com precisão de nivelamento e desempenho de desaceleração variáveis, dependendo da carga na cabine.

Se um elevador desse tipo for reformado (principalmente se a cabine ou sua decoração forem substituídas), para o passageiro, ele se torna um elevador “novo”, criando a expectativa de que seu desempenho tenha sido atualizado para os padrões modernos. Nessas circunstâncias, uma precisão de nivelamento de ±20 mm ou ±30 mm (que era bastante aceitável antes da reforma) pode repentinamente representar um risco de tropeço mais significativo, simplesmente porque, antes da reforma, os usuários não esperavam nada melhor. Após a reforma, os passageiros não esperam ter que subir ou descer degraus do piso do elevador até o andar. De fato, não é totalmente impossível que um tropeço, que, devido ao padrão de desempenho conhecido e aceito antes da reforma, seria tolerado, possa, após a “renovação” do elevador, levar a uma possível solicitação de indenização.

Essas questões significam que há três aspectos principais a serem considerados em qualquer modernização ou reforma, mesmo que o projeto envolva apenas a cabine:

• Como garantir que as atividades de modernização/reforma propostas não reduzam o nível de segurança abaixo do originalmente previsto?
• O que é necessário para adequar o elevador às normas de segurança vigentes e quais são as limitações dessa modernização?
• Quais são os riscos adicionais, não explicitamente abordados pelas normas de segurança, envolvidos na utilização do elevador?

Vale também a pena considerar se uma reforma "parcial" pode, com sucesso e de forma economicamente viável, adequar o elevador a um padrão aceitável no contexto atual.

Avaliação de Risco

De modo geral, as implicações de qualquer modificação em um elevador existente são amplas e potencialmente perigosas tanto para os passageiros quanto para a equipe de manutenção. É importante estabelecer, na medida do possível, os parâmetros do elevador existente antes de qualquer modificação ou reforma (por exemplo, massa da cabine, equilíbrio, potência do motor e detalhes da suspensão). Idealmente, as informações necessárias estarão registradas na documentação técnica do elevador. No entanto, pode ser necessário realizar medições adequadas para determinar as características importantes do elevador antes da modificação. Como mencionado anteriormente, é improvável que haja documentação disponível sobre a massa dos painéis decorativos, etc., que se pretende remover. É fundamental obter informações suficientes para que as implicações de qualquer modificação proposta sejam totalmente analisadas e os efeitos mais abrangentes da modificação sejam considerados.

Ao considerar uma modificação (mesmo que "menor"), é indispensável uma avaliação de risco abrangente e documentada (ISO/TS 14798: 2009) e uma auditoria de segurança da instalação atual, tanto em seu estado atual quanto, igualmente importante, em seu estado original de instalação. Essa auditoria é o precursor de uma avaliação mais aprofundada da modificação/reforma proposta.

Quer a proposta seja de substituição total, substituição ou reforma de componentes individuais do sistema, a avaliação de riscos é fundamental para o sucesso do projeto e deve levar em conta não apenas as consequências diretas da proposta, mas também as questões periféricas. Assim, se, por exemplo, a proposta for substituir portas de patamar ou de garagem e não se pretende uma substituição direta por peças idênticas (por exemplo, a substituição por um material diferente ou portas com revestimento decorativo), então não apenas as questões funcionais (energia cinética, força de fechamento, etc.) são importantes, mas também o efeito na percepção dos usuários, conforme discutido anteriormente.

Embora essas questões sejam bastante óbvias, o objetivo de uma avaliação de risco completa é identificar as questões mais sutis (e, consequentemente, potencialmente mais perigosas) que precisam ser levadas em consideração.

Conclusão

Neste artigo, analisamos algumas das questões subjacentes aos projetos de modificação e reforma de cabines, particularmente em relação às alterações de massa. Esta discussão não pretende ser um manual de projeto para reformas, mas simplesmente chamar a atenção para problemas subjacentes que podem surgir e que, potencialmente, poderiam passar despercebidos.

Claramente, dada a longevidade dos elevadores, os projetistas se depararão com projetos de reforma que datam de versões muito antigas dos códigos de segurança, nas quais componentes como cancelas de segurança (proibidas pelos códigos modernos) eram permitidos.

No entanto, independentemente da idade do elevador, é importante que qualquer reforma ou remodelação não comprometa as margens de segurança originalmente incorporadas ao projeto. Com os fatores de segurança normais incluídos,