Evolução do projeto de sistemas de portas

A visão de um consultor sobre como e por que a prática se desenvolveu da maneira que se desenvolveu.

Como o foco desta edição são os sistemas de portas, é útil considerar como o design evoluiu até o seu estado atual e como, e por que, a prática se desenvolveu da maneira que se desenvolveu.

O projeto consolidou-se em torno da transmissão por correia linear devido à sua relativa simplicidade e baixo custo, aplicando princípios da mecatrônica para maximizar o desempenho por meio de tecnologias de controle sofisticadas, minimizando o custo através de arranjos mecânicos simples que utilizam componentes facilmente disponíveis. Pode-se argumentar, no entanto, que essa abordagem, ao priorizar o baixo custo e a simplicidade como seus principais atributos, reduziu os níveis de desempenho em relação aos oferecidos pelos projetos tradicionais. 

Os operadores harmônicos tradicionais de alta gama oferecem o máximo em desempenho, com altas velocidades de abertura e fechamento, aliadas a uma reversão responsiva, tudo isso, naturalmente, a um custo mais elevado e maior complexidade eletromecânica. 

Muitos operadores tradicionais incorporavam amortecedores hidráulicos ou amortecedores de pressão, que podiam ser inerentes ao próprio operador ou estar ligados separadamente ao mecanismo do operador. Estes funcionavam para controlar e amortecer a parte final do ciclo de abertura e fechamento. 

Os avanços no projeto de acopladores de portas evoluíram para aumentar a complexidade mecânica em prol da simplificação do projeto de intertravamento. No entanto, essa maior complexidade pode resultar em um desempenho reduzido do elevador em termos de rapidez com que a cabina chega ao andar, uma vez que o projeto cada vez mais complexo inibe uma maior velocidade de aproximação da cabina ao pavimento.   

Os avanços no projeto de intertravamentos permitiram que esses dispositivos fossem simplificados e produzidos em massa, refletindo um equilíbrio entre a complexidade e o custo (Imagens 3 e 4) do projeto do patim da porta e o do intertravamento. Considerando que um elevador será equipado com múltiplos intertravamentos, essa abordagem parece lógica.

O sistema de intertravamento de portões operados manualmente no Reino Unido (com predominância de portões tipo persiana no Reino Unido e portas de batente na Europa) baseia-se principalmente na gama de intertravamentos Dewhurst VL. Estes estão em produção há muitos anos e sobreviveram (e venderam mais) a todos os potenciais projetos concorrentes e rivais. 

Embora tenhamos consolidado a chave de liberação de emergência Euro, o projeto dos mecanismos de operação associados requer algumas considerações. Os poços de elevador devem ser mantidos seguros, além de acessíveis para manutenção e processos de emergência. Nesse sentido, o projeto da liberação de emergência pode ser considerado crítico para a segurança. De fato, realizei diversas investigações de incidentes em que o uso inadequado de uma chave de liberação resultou no destravamento de uma porta ou, no caso de entradas de carga bipartidas, na abertura automática enquanto a cabine do elevador estava ausente do andar. Em termos gerais, os mecanismos de liberação devem ser simples e à prova de falhas. A experiência tem demonstrado que o aumento da complexidade geralmente aumenta o risco de falhas. Embora tenham surgido preocupações em relação à percepção de que o acesso às chaves de liberação de emergência é muito fácil, minha opinião é que a padronização do projeto tem sido, em geral, positiva e benéfica e, nos casos em que houver risco de interferência não autorizada, o projetista pode aplicar as disposições da norma EN 81-71. 

As portas verticais bipartidas utilizadas em elevadores de carga exigem um sistema de segurança específico que opere para determinar a posição da cabina no andar correto e, simultaneamente, controlar a operação das portas do andar. Essa dupla função de segurança, que garante a presença da cabina no andar antes da abertura das portas, há muito representa um desafio de projeto e, na minha experiência, tem sido, e continua sendo, problemática. Independentemente do fabricante, todos os sistemas que vi têm seu próprio ponto fraco inerente. Embora eu compreenda a lógica de engenharia da norma EN 81-20, que exige que os painéis das portas/portões verticais motorizados da cabina sejam impermeáveis, minha observação e impressão geral é que, na prática, a porta/portão da cabina fechada (que deve fechar antes da porta/portão do andar) impede a visão do operador do elevador sobre o que está acontecendo no andar. Um retrocesso, na minha opinião.   

A norma EN 81-20 introduziu uma mudança radical nos requisitos para o funcionamento de portas automáticas e a proteção de passageiros, exigindo, na prática, a detecção sem contato de uma pessoa cruzando a entrada durante o movimento de fechamento. O estado da arte atual baseia-se na detecção e proteção sem contato. Lembro-me de ter prestado consultoria em casos nos quais usuários de elevadores sofreram lesões devido ao aprisionamento ou colisões entre membros e elementos móveis das portas em fechamento. Antes da EN 81-20, eu podia aconselhar que uma borda de segurança mecânica ou um sensor de contato eram adequados para atender aos requisitos da lei (exceto quando uma proteção maior fosse necessária, por exemplo, para passageiros com mobilidade reduzida ou idosos) e (desde que o sistema atendesse aos limites de força e energia de impacto) que isso era aceitável. O sistema era considerado em conformidade, sem infringir o estado da arte aceito. Após a EN 81-20, a detecção sem contato durante o ciclo de fechamento representa o estado da arte.

Considerando a segurança das portas, a pressão máxima de 150 N (que remonta ao Código ASME A17.1 de 1931) e o limite máximo de energia cinética de 10 J (que tem suas raízes no Código ASME A17.1 de 1955), estabelecidos na norma EN 81-20, estão em vigor há muitos anos e, em magnitudes semelhantes, pelo menos desde 1970. Forças e limites de energia similares são observados em outras jurisdições, embora as magnitudes possam variar um pouco para refletir requisitos específicos relacionados à resistência de portas e outros componentes. No entanto, a representação empírica dos limites superiores é questionável e parece ter sido extraída da experiência e de um certo pragmatismo, em vez de uma teoria de engenharia comprovada (a norma BS 2655 de 1958 exigia que as portas ou portões de elevadores operados automaticamente fossem "projetados de forma que seu fechamento e abertura não causassem ferimentos a uma pessoa").

No entanto, a longevidade dos limites máximos de 150 N e 10 J, juntamente com o número relativamente alto de incidentes relacionados a portas em comparação com outras falhas em equipamentos de elevadores, torna qualquer mudança (que provavelmente envolverá uma redução nos limites máximos) controversa. De fato, questões de eficácia técnica e segurança jurídica desempenham um papel significativo na consolidação dos limites máximos estabelecidos em nossas normas e sistemas regulatórios. Embora a simples conformidade nem sempre seja suficiente como defesa em caso de acidente ou lesão, o descumprimento é quase certamente fatal. Tecnologias emergentes podem, contudo, apresentar oportunidades para uma nova análise da segurança da operação das portas de elevadores.

De fato, realizei diversas investigações de incidentes em que o uso inadequado de uma chave de liberação resultou no destravamento de uma porta ou, no caso de entradas de carga bipartidas, na abertura automática enquanto a cabine do elevador estava ausente do andar.

Na década de 1970, os detectores de ponte balanceada da Otis lideravam o mercado, embora a tecnologia tivesse sido desenvolvida anos antes e, com as tecnologias aéreas baseadas em 220 V em alta frequência, pudesse representar um risco real de choque elétrico. A alternativa mais eficaz, aplicada principalmente em hospitais e ambientes de saúde, consistia em fotodetectores de raios de luz. 

No entanto, esses dispositivos eram montados nos painéis das portas dos elevadores e, consequentemente, propensos a problemas de alinhamento e contaminação. A imagem 6 mostra uma sapata de segurança de borracha da Otis, que era instalada na borda frontal da porta do elevador e que, em caso de contato físico com uma obstrução, acionava um microinterruptor para inverter o sentido de rotação das portas. Lembro-me de como esses dispositivos eram problemáticos em comparação com os detectores, em termos de danos físicos, cabos flexíveis danificados e articulações e fixações quebradas. Dado que os danos operacionais eram mais frequentemente cobrados do cliente, as empresas de elevadores podem lamentar o fim desse projeto, embora eu tenha ficado feliz em vê-lo desaparecer.

Inicialmente, a Otis adotou a frenagem por injeção CC para controlar operadores acionados por CA, até que esta foi substituída pelo operador 6970 da Otis, controlado por reator saturável, que foi amplamente utilizado para proporcionar desempenho excepcional em relação à velocidade e reversão responsiva durante o ciclo de fechamento. De forma semelhante, a série QKS da Schindler aplicou frenagem por injeção a mecanismos harmônicos complexos para alcançar desempenho similar. A Imagem 5 mostra um operador Otis 6970 com reator saturável, que incorpora um acoplador retrátil operado por came e seguidor. Esta função permitia avançar a borda frontal da porta da cabina em fechamento à frente da porta do pavimento, facilitando a operação de avanço do detector de porta e aumentando a segurança.

Com as principais fabricantes de equipamentos originais (OEMs) agora terceirizando a produção de portas/entradas para empresas de fabricação especializadas, talvez estejamos testemunhando a comoditização do elemento sistema de portas na fabricação de elevadores.  

 Tendo trabalhado no setor por quase 50 anos, lamento a redução da diversidade de engenharia que surgiu como resultado da consolidação no projeto de correia linear, embora alguns desses produtos incorporem tecnologias que proporcionam níveis de desempenho superiores, enquanto outros são relativamente inferiores.   

E quanto ao futuro? Bem, a incorporação de IA juntamente com tecnologias avançadas de sensores provavelmente melhorará a eficácia da proteção de portas e poderá viabilizar os sistemas de detecção 3D que, até o momento, obtiveram sucesso limitado. Embora tecnologias avançadas de sensores já tenham sido aplicadas anteriormente, elas careciam da sofisticação de processamento e da inteligência necessárias para tornar os sistemas robustos em termos de discriminação contra falsos alarmes e identificação de passageiros reais acessando e saindo da cabine do elevador.   

É provável também que as aplicações de IA se estendam ao controle do torque e da velocidade do operador e, posteriormente, à pressão e à força da porta, juntamente com o monitoramento das condições e do desempenho das entradas da cabine e do pavimento, de forma a permitir uma manutenção preditiva eficaz.