Elevadores hidráulicos na Europa e nos EUA

Neste artigo de História, aprendemos que a tecnologia VT foi uma história internacional desde o seu início.

A história da tecnologia de transporte vertical (TV) tem sido, desde o início, uma história internacional. Ao longo do século XIX, engenheiros, inventores e fabricantes da Europa e dos EUA estavam cientes das atividades uns dos outros por meio de artigos publicados em revistas técnicas, registros de patentes e viagens. No entanto, embora não fosse incomum que a imprensa técnica de um país relatasse um evento ocorrido fora de suas fronteiras, estudos comparativos internacionais eram raros. Um dos primeiros estudos desse tipo foi publicado em 1883. Die Hebezeuge (Guinchos)A obra do engenheiro alemão Adolf Ernst (1845-1907) contém um amplo exame de guindastes, elevadores industriais, elevadores de carga e elevadores de passageiros na Alemanha, França, Inglaterra e Estados Unidos. Este exame aborda uma vasta gama de tecnologias de elevadores, incluindo sistemas hidráulicos, e constitui uma lente fascinante através da qual se pode observar o passado.

O interesse de Ernst por este tema surgiu no início de sua carreira. Após se formar no ensino médio em 1863, em vez de seguir sua vocação para a engenharia mecânica na universidade, ele ingressou no mercado de trabalho e aceitou um cargo na Weber Maschinenfabrik, em Berlim. Depois de um ano e meio de trabalho, decidiu continuar seus estudos em uma escola profissionalizante local, o Berlin Gewerbeinstitut, que oferecia treinamento para especialistas em manufatura. Sua formação foi interrompida em 1866 pelo serviço militar durante a Guerra Austro-Prussiana. Em 1868, ele se juntou à E. Becker Maschinenfabrik, também em Berlim. Eduard Becker (1832-1913) também havia trabalhado na Weber Maschinenfabrik. Ele saiu em 1866 para fundar sua própria empresa, que rapidamente se consolidou como uma das principais fabricantes de elevadores de carga e elevadores industriais. Essa foi a introdução formal de Ernst ao mundo da tecnologia de vídeo. Contudo, embora essa experiência tenha tido um impacto significativo no jovem engenheiro, ele partiu após apenas um ano para viajar para a Inglaterra, onde planejava trabalhar e aprimorar suas habilidades linguísticas. Lá, trabalhou para duas empresas ligadas à indústria ferroviária.

Em 1870, a morte de sua mãe o obrigou a retornar à Alemanha. Lá, ele se juntou à Maschinenfabrik von L. Schwartzkopff em Berlim, especializada na construção de locomotivas. No entanto, a eclosão da Guerra Franco-Prussiana em meados de 1870 o convocou novamente para o serviço militar. Ernst foi ferido duas vezes durante a guerra, sendo que o segundo ferimento resultou em um problema de saúde permanente que exigia cuidados constantes. Durante sua longa convalescença inicial, ele retornou aos estudos, cursando novamente o Instituto de Ofícios de Berlim (Berlin Gewerbeinstitut). Lá, conheceu o Professor Hermann Wiebe, que o incentivou a estudar elevadores, o que levou Ernst a escrever uma análise crítica do desenvolvimento de guindastes de 1855 a 1875. Ele concluiu seus estudos em 1876 e assumiu um cargo no corpo docente da Escola de Ofícios de Halberstadt (Halberstadt Gewerbeschule) como professor de engenharia mecânica. Após se adaptar ao novo cargo, ele começou a trabalhar em Die HebezeugeSua esperança (e objetivo) era usar o livro como meio de impulsionar sua carreira. De fato, o sucesso do livro foi tamanho que, em 1884, ele recebeu uma oferta de emprego na Technische Hochschule (Escola Técnica) de Stuttgart.

Die Hebezeuge É um livro intrigante. Embora seja mais conhecido pelo seu título abreviado, o título completo, Teoria e crítica da construção de talha (Die Hebezeuge Theorie und Kritik Ausgeführter Konstruktionen), demonstra sua metodologia analítica. Sua abordagem também era prática. No prefácio do livro, ele agradeceu nominalmente apenas a duas pessoas: Hermann Wiebe e seu “professor na prática, Sr. E. Becker, em Berlim”. Essa abordagem prática ficou evidente no subtítulo do livro: Manual para Engenheiros e Arquitetos e Guia de Autoestudo para EstudantesE nas inúmeras fórmulas matemáticas fornecidas para explicar a lógica por trás do funcionamento mecânico dos sistemas e componentes de elevadores. A abordagem de Ernst também era acadêmica. O uso de notas de rodapé demonstrava a natureza erudita de sua investigação e permitia aos leitores buscar informações adicionais. Por fim, o livro era ricamente ilustrado. O texto principal apresentava 306 ilustrações, e o atlas que o acompanhava incluía 46 páginas desdobráveis ​​com aproximadamente 400 desenhos.

O conteúdo sobre elevadores hidráulicos foi dividido em duas seções: sistemas de ação direta e sistemas de ação indireta (os primeiros utilizavam um êmbolo para movimentar a cabine, enquanto os últimos empregavam cabos). Ernst introduziu este tópico observando que os sistemas de ação direta eram geralmente mais seguros do que os sistemas de ação indireta. Os sistemas de ação direta também foram descritos como a principal escolha para elevadores de passageiros, sendo que os elevadores de carga só utilizavam sistemas de ação direta quando as alturas de elevação eram moderadas ou as cargas eram significativas. Essa observação era decididamente eurocêntrica, pois ignorava a ampla presença de elevadores de passageiros movidos a vapor nos Estados Unidos e o sistema de ação indireta para passageiros de William E. Hale.

Sua discussão sobre sistemas de ação direta começou com uma breve visão geral do trabalho pioneiro do engenheiro francês Félix Léon Edoux (1827-1910). Ernst reconheceu que “elevadores de passageiros simples, de ação direta, só se tornaram conhecidos em círculos mais amplos no continente por meio do elevador instalado por Edoux para a Exposição Universal de Paris de 1867”. Embora esse evento tenha resultado em que esse tipo de elevador fosse frequentemente descrito como empregando o Sistema EdouxErnst também observou que elevadores com mecanismo de direção já eram utilizados em grandes hotéis ingleses antes de 1867. Seu exemplo de um elevador que empregava o Sistema Edoux Talvez surpreendentemente, não era francês, mas alemão: ele descreveu um elevador de passageiros projetado em 1880 por Emil Blum, diretor da Anhaltischen Maschinenbau Aktien Gesellschaft em Berlim. A cabine era acoplada a um êmbolo de acionamento direto, cujo movimento era controlado por um cabo de acionamento preso a uma válvula na base do poço (Figura 1).

Ernst se referiu à válvula de operação como um "controlador de pistão balanceado" e afirmou que o projeto foi criado pela empresa americana Lane and Bodley. Uma provável fonte para o conhecimento de Blum sobre a válvula Lane and Bodley foi o extenso relatório sobre elevadores do engenheiro austríaco Alois Riedler, exibido na Exposição do Centenário dos Estados Unidos (Ernst também citou este relatório em suas notas de rodapé). Uma comparação entre as duas válvulas revela uma clara semelhança no projeto (Figura 2). O projeto de Blum também empregava contrapesos de ferro fundido para compensar o “peso morto do êmbolo” (Figura 3). Dois contrapesos eram presos ao carro por correntes, cujo peso Blum incluía (à medida que passavam para frente e para trás sobre as polias) na fórmula que determinava o tamanho do contrapeso. Um aspecto do sistema mencionado apenas brevemente no texto, mas que foi tema de quatro desenhos, eram os trilhos-guia e as guias dos roletes do carro. Os trilhos-guia de metal em forma de T eram fixados a postes de madeira embutidos nas paredes de alvenaria do poço, e as guias dos roletes envolviam ambos os lados dos trilhos (Figura 4).

Ernst reconheceu que um aspecto crítico do projeto de sistemas de ação direta que empregavam contrapesos era garantir uma forte conexão entre o êmbolo e a cabina. Ele mencionou um acidente ocorrido em 1878 com um elevador hidráulico no Grand Hotel em Paris, onde a cabina se desprendeu do pistão, foi impulsionada para cima pelos contrapesos, colidiu com o topo do poço e caiu até o fundo, matando todos a bordo. Embora tenha afirmado que esses elevadores, quando bem projetados, eram seguros, ele observou que um sistema de ação direta inventado pelos engenheiros franceses Émile Heurtebise e Ferdinando Tommasi eliminava esse problema por não depender de um contrapeso. O projeto deles utilizava um cilindro compensador para equilibrar o peso da cabina e do êmbolo. Ernst também comentou sobre a rápida adoção desse sistema em toda a França: o elevador foi patenteado em 1879 e, em 1881, já existiam “trinta em Paris, sete em Nice e vários em Monte Carlo, Cannes, Lyon, Luchon, Angers, Barcelona, ​​etc.” Curiosamente, ele não discutiu uma instalação específica. Sua descrição e as ilustrações que a acompanham abordam a máquina de maneira geral (Figura 5).

Sua discussão sobre elevadores hidráulicos de ação indireta começou com um aviso direto. Essas máquinas só seriam opções viáveis ​​se o usuário (ou projetista) estivesse disposto a "abrir mão" da "segurança oferecida pelo suporte direto da cabine pelo êmbolo". As principais vantagens dos sistemas de ação indireta incluíam o menor custo (sem necessidade de perfuração ou instalação no solo) e a flexibilidade de projeto, pois o cilindro hidráulico podia ser "instalado em qualquer posição desejada". As decisões críticas de projeto diziam respeito ao número de polias e à natureza do sistema de cabos. Ernst descreveu e ilustrou pela primeira vez uma das primeiras e mais simples máquinas de ação indireta, projetada pelo engenheiro austríaco Anton Freissler (1838-1916) para uso e exibição na Exposição Universal de Viena de 1873. O sistema empregava um cilindro hidráulico esguio localizado imediatamente adjacente ao eixo. O êmbolo era conectado a um cabo de içamento que passava por uma única polia. O carro também era equipado com uma trava de segurança para o caso de o cabo se romper (Figura 6).

O elevador hidráulico com cabos de William E. Hale foi discutido como uma alternativa americana e uma versão aprimorada do projeto de Freissler (Figura 7). As principais vantagens eram o cilindro hidráulico fechado e a presença de um contrapeso localizado no topo do êmbolo. Essas características compensavam o peso da cabine e ajudavam a evitar a perda de potência durante a subida e a descida. Curiosamente, como aparentemente se baseou principalmente no relatório de Riedler para obter informações sobre projetos americanos, Ernst não sabia que, em 1880, o elevador de Hale já era comercializado (e mais conhecido) como Elevador Hidráulico Padrão da Otis.

Ernst prosseguiu sua discussão sobre sistemas de ação indireta com uma breve análise de um elevador projetado por F. Witte em 1874 para o edifício Reichspost em Berlim. O elevador empregava um cilindro hidráulico vertical curto e dois conjuntos de polias (Figura 8). Ele concluiu sua discussão sobre sistemas de ação indireta com uma apresentação comparativa de duas máquinas horizontais. Ernst começou discutindo o motor hidráulico horizontal para elevador da Lane & Bodley. Mais uma vez, sua principal fonte foi Riedler, que descreveu e ilustrou uma máquina que apresentava um conjunto de polias destacável que podia ser utilizado quando fosse necessária maior força de elevação (Figura 9). Ernst afirmou que essa ideia havia sido desenvolvida por dois engenheiros ingleses, Bryan Johnson e Edward B. Ellington, em seu projeto de um elevador hidráulico vertical para cargas. Ernst elogiou a "exploração americana da patente inglesa" e afirmou que o projeto da Lane & Bodley era "preferível na medida em que os roletes desligados pela multiplicação do curso ficam completamente imóveis e não aumentam inutilmente a resistência da corda", como ocorria no projeto inglês.

O segundo exemplo de uma máquina horizontal de ação indireta era um elevador alemão que, segundo Ernst, era baseado no projeto de Lane & Bodley. A máquina havia sido projetada por Blum e construída pela Anhaltischen Maschinenbau Aktien Gesellschaft para servir como elevador de bagagens no hotel ferroviário de Berlim. Ernst também relatou que esse sistema empregava uma versão do “tambor de segurança com regulador centrífugo introduzido pela Otis Brothers em Nova York para uso em elevadores a vapor”. As cordas conectadas ao motor hidráulico acionavam o movimento do tambor de segurança, que suportava duas cordas de içamento. Infelizmente, Ernst não ilustrou o sistema completo; no entanto, ele forneceu um desenho da versão de Blum do tambor de segurança Otis (Figura 10). Ernst também ofereceu uma avaliação dessa segurança, observando que, embora o sistema “impeça que a velocidade normal de descida seja excedida… É evidente que o complexo dispositivo de freio centrífugo Otis pode ser substituído com vantagem pelos reguladores de freio centrífugo mais novos, aprimorados e simplificados” projetados por Bernhard Stauffer e Eduard Becker.^{[1, 4]} Ambos os projetos alemães dependiam do movimento centrífugo para impulsionar as sapatas de freio contra a superfície interna de uma carcaça circular. O dispositivo de segurança Becker era fixado à plataforma de elevação, e sua velocidade de rotação era controlada por uma engrenagem pinhão que se encaixava em uma cremalheira vertical que estendia a altura do eixo (Figura 11).

A análise comparativa e crítica de elevadores hidráulicos feita por Ernst é consistente com a abordagem que ele empregou ao longo de toda a sua obra. Die HebezeugeUm projeto futuro envolve um exame da precisão de suas críticas e afirmações a respeito dos supostos atributos e limitações de vários sistemas. Um esforço relacionado envolve uma análise das inúmeras fórmulas encontradas ao longo do livro. Investigações multinacionais como esta eram incomuns, e sua existência serve como um lembrete da capacidade dos engenheiros do século XIX de manterem uma compreensão e consciência dos eventos fora de seu entorno imediato. Embora a velocidade com que a informação circulava no final do século XIX fosse muito mais lenta do que hoje, ela circulava e estava prontamente disponível — para aqueles que estivessem dispostos a procurá-la.

Referências

[1] Adolf Ernst, Die Hebezeuge Theorie und Kritik Ausgeführter Konstruktionen, Berlim: Verlag von Julis Springer (1883).
[2] Alois Riedler, Personen- und Lastenaufzüge und Fördermaschinen, Viena: Commission-Verlag von Faesy & Frick (1877)
[3] Bryan Johnson e Edward B. Ellington, Guindastes Hidráulicos, Patente da Grã-Bretanha nº 3,409 (15 de fevereiro de 1870).
[4] Bernhard Stauffer, Regulador an Aufzügen, Patente Alemã nº 2,798 (17 de fevereiro de 1878) e Eduard Becker, Neuerungen an Centrifugalbremsen, Patente Alemã nº 7,205 (6 de abril de 1879).