Dispositivos de segurança para elevadores: 1895 (Parte 2)

Uma análise do conteúdo do artigo de Umney sobre segurança em elevadores.

Em 10 de junho de 1895, Herbert W. Umney (1870-1958) apresentou um artigo ilustrado sobre segurança em elevadores à Sociedade de Engenheiros. O artigo de Umney (intitulado “Dispositivos de Segurança para Elevadores”), os comentários da plateia sobre seu conteúdo e a resposta do autor foram publicados nas Transações da Sociedade de Engenheiros do ano de 1895.[1] A primeira parte desta investigação examinou o contexto histórico do artigo e a biografia do autor até 1895. Este artigo explorará o conteúdo do artigo. Embora essa exploração não tenha esclarecido a predileção do autor pela terminologia americana e seu uso do termo “elevador” em vez de seu equivalente britânico, revelou que ele abordou o assunto de maneira decididamente acadêmica.

Umney apresentou seu tema na forma de um breve histórico dos sistemas de segurança de elevadores britânicos. Ele começou discutindo um problema associado ao recente surgimento de sistemas de água urbanos e sistemas complexos de encanamento interno — o golpe de aríete:

“O primeiro ponto fraco dos elevadores hidráulicos, que é evidente para todos, é o efeito de qualquer impacto que ocorra quando a máquina é parada ou ligada repentinamente. Esse choque não é transmitido à rede elétrica, pois os consumidores são sempre obrigados (no ponto de entrada da energia em suas instalações) a instalar uma válvula que funcione não apenas como um registro de corte, mas também como uma válvula de retenção e contrapressão, para que qualquer falha no fornecimento de energia não afete a máquina a ponto de fazê-la descer. Essa válvula de corte, portanto, concentra qualquer impacto nas tubulações dentro do edifício, que precisam suportar todo o aumento repentino de pressão. Para aliviar essa tensão à qual as tubulações seriam submetidas, às vezes são instaladas válvulas de alívio, embora, na opinião do autor, não com a frequência necessária.”

Sua sugestão de que as válvulas de alívio não eram recursos padrão dos sistemas de elevação hidráulica talvez reflita a ausência geral de regulamentações relativas a essas instalações.

O primeiro dispositivo de segurança abordado foi projetado para uso na conexão entre os tubos de alimentação e descarga e o cilindro de elevação. Umney afirmou que os diafragmas “são, ou deveriam ser, sempre colocados na junta próxima ao cilindro, a fim de regular a velocidade do elevador em sua subida, e isso também impedirá qualquer velocidade excessiva da cabine durante a descida”. Ele sugeriu que o tamanho do orifício ou abertura do diafragma era melhor determinado por uma fórmula simples, que havia sido “deduzida de uma mais elaborada desenvolvida por Henry Adams” (Professor de Engenharia no City of London College):

Na fórmula, d e D representavam os respectivos diâmetros do orifício do diafragma e do pistão em polegadas, v correspondia à velocidade de elevação em pés por segundo, m representava a potência multiplicativa e P correspondia à pressão da água em libras por polegada quadrada.

Em um sistema que empregava um cilindro de balanceamento, o diafragma, para regular a velocidade de subida, era colocado no cilindro de potência. No entanto, em caso de falha na conexão entre os cilindros de balanceamento e de potência, “todo o peso do aríete, da gaiola e dos passageiros” atuaria para “forçar a água para fora do cilindro (de içamento)”.[1] Essa deficiência foi solucionada com o desenvolvimento de “garras para aríete”. Umney descreveu e ilustrou uma garra projetada por Edward B. Ellington (1845-1914) (Figura 1):

“O cilindro hidráulico R é envolvido por dois blocos de freio AA, que, por meio de um sistema de alavancas, estão conectados à haste do pistão B de um pistão C que atua em um pequeno cilindro hidráulico. A parte traseira do pistão em D comunica-se com a água pressurizada, e a parte dianteira em E com o cilindro hidráulico. Se o cilindro hidráulico se romper e a água escapar com velocidade suficiente para reduzir a pressão interna a tal ponto que o elevador desça mais rapidamente do que sua velocidade normal, o excesso de pressão na parte traseira do pistão D (não conectado ao cilindro hidráulico) fará com que o pistão se mova para a frente sobre o cilindro de freio, acionando assim a trava de freio no cilindro hidráulico.”

O sistema de segurança também foi projetado de forma a poder ser "controlado manualmente a partir da cabine do elevador" e, assim, ser usado como um freio "para travar o elevador em qualquer posição desejada".

A origem precisa do próximo dispositivo de segurança discutido por Umney é desconhecida; ele relatou que:

“Contudo, Sir Frederick Bramwell não considerou os mecanismos de segurança suficientemente confiáveis ​​para garantir a segurança dos passageiros que viajavam em elevadores hidráulicos de ação direta equipados com balanças de água, por isso exigiu que uma válvula de freio fosse fabricada e instalada nos quatro elevadores do Hospital St. Bartholomew, a fim de minimizar qualquer risco.”

Embora Bramwell (1818-1903) fosse um engenheiro civil e mecânico respeitado, não está claro se ele projetou a válvula de freio ou se simplesmente exigiu sua aplicação (a identidade do fabricante do elevador é desconhecida). A válvula foi colocada “o mais próximo possível do cilindro de elevação” e funcionava da seguinte maneira (Figura 2):

“Em condições normais de funcionamento, a pressão em ambos os lados da válvula não varia mais do que 20 libras, de modo que uma mola espiral leve consegue mantê-la aberta com facilidade. Caso um cano se rompa, a pressão na parte superior da válvula é aliviada e a válvula se fecha, deixando apenas um pequeno orifício para a saída da água. Esse orifício geralmente tem cerca de um quarto de polegada de diâmetro, de modo que o fechamento repentino da válvula não cause nenhum impacto e a altura da válvula possa diminuir gradualmente.”

Após discutir as preocupações relacionadas a "falhas em tubulações", Umney voltou sua "atenção aos equipamentos instalados nas gaiolas para interromper seu movimento quando a corrente ou as cordas de tração falharem".

Ele descreveu inicialmente um projeto de “um dos arranjos iniciais” de um dispositivo de segurança “aplicado à cabine de um elevador de carga”. O dispositivo de segurança era montado no topo da cabine e conectado ao cabo de içamento de forma que, se o cabo se rompesse, dois conjuntos de cames serrilhados se prenderiam às barras em T que funcionavam como trilhos-guia (Figura 3). Umney, no entanto, relatou que:

"Atualmente, os equipamentos de segurança raramente são fixados no topo das gaiolas, pois isso exigiria a construção de uma estrutura muito mais robusta do que a necessária para suportar a carga, para evitar que, sob a tensão dinâmica resultante da parada do movimento do elevador pelo equipamento de segurança, o fundo da gaiola se desprendesse, como ocorreu em um caso que chegou diretamente ao conhecimento do autor."

Até o momento, o acidente mencionado por Umney não foi identificado. A mudança na localização dos dispositivos de segurança, da parte superior para as laterais ou inferior do carro ou da gaiola, foi semelhante à observada nos EUA. O primeiro exemplo ilustrado por Umney mostrava cunhas serrilhadas que se prendiam às laterais dos trilhos-guia de madeira (Figura 4).

Umney associou a próxima fase do desenvolvimento da segurança à introdução dos cabos de aço: “Com as melhorias na fabricação de cabos de aço, a corrente de elevação deu lugar a um cabo e o cabo único, no caso de um elevador de passageiros, a dois ou quatro cabos. Este número maior é agora o mais comum.” Após uma breve discussão sobre as características dos cabos de aço e os tamanhos adequados das polias, ele passou para “a classe de dispositivos de segurança adotada pela primeira vez com a introdução de quatro cabos de aço para içar a carga.” O funcionamento de um dos primeiros exemplos desse tipo foi descrito da seguinte forma (Figura 5):

“Um par de cordas é descido de cada lado da gaiola, e cada uma é levada até a estrutura na parte inferior, em lados opostos dos trilhos. Cada corda é presa a um parafuso de olhal que passa por um eixo guia na estrutura, de modo que toda a tensão de içar a carga seja transferida para a parte inferior da gaiola. Esses parafusos de olhal giram no eixo e passam por um suporte guia, entre os quais uma mola é comprimida por uma porca a tal ponto que, se uma corda se romper e a tensão na cabeça do parafuso for aliviada, a mola força o parafuso para baixo, acionando uma das cames, que, ao mesmo tempo, por meio de engrenagens, coloca as outras em ação. Há, no entanto, uma força limitadora para essa mola, para que a engrenagem não seja acionada sempre que a gaiola vazia descer. Tal engrenagem, portanto, tem uma desvantagem, visto que sua eficiência depende da força da mola.”

Segundo Umney, os fabricantes de elevadores desenvolveram rapidamente projetos que abordavam a “objeção” mencionada acima. Ele ilustrou projetos aprimorados da Waygood, Otis e Smith & Stevens, descrevendo completamente apenas o funcionamento do último sistema (Figura 6):

“As cordas AA são divididas como no mecanismo de mola, e cada uma é fixada ao braço horizontal de uma das duas alavancas BB. As outras extremidades das alavancas são conectadas por uma barra C, de modo que o movimento de uma seja transmitido simultaneamente à outra e a tração das cordas seja equilibrada. Sob a gaiola, dois eixos EE passam de um lado para o outro, e em cada extremidade são fixadas cames serrilhadas FF que não tocam o trilho G quando o elevador está em movimento. As cames e a barra de acoplamento possuem ressaltos salientes que se encaixam uns nos outros, de modo que qualquer movimento das manivelas empurra uma ou outra came para a frente, e como todas as quatro cames estão acopladas pelos eixos EE, a ação de qualquer uma delas é imediatamente transmitida, de modo que cada guia do trilho seja agarrada em ambos os lados. Com este mecanismo, todo o peso da gaiola, etc., aciona as garras, com os pinos da manivela suportando toda a carga. Se os braços da alavanca da manivela neste mecanismo de equilíbrio forem iguais, a eficiência comparativa deste com o arranjo anterior dependerá da relação trilhos exercidos pela corda restante R e pela mola, respectivamente, contra o atrito da came, que pode ser considerado o mesmo em cada caso.”

Umney, no entanto, também observou que esses dispositivos de segurança não podiam ser considerados absolutamente perfeitos, pois um caso único foi registrado, no qual todas as quatro cordas se romperam exatamente ao mesmo tempo. (Infelizmente, nenhum detalhe foi fornecido sobre esse acidente "único".) A solução foi adicionar uma quinta corda, não para suportar qualquer carga, mas para acionar o mecanismo em caso de acidente envolvendo todas as quatro cordas de içamento. O uso mais eficaz de uma quinta corda, ou corda ociosa, era quando ela passava por um regulador, pois acionava os mecanismos de segurança quando a velocidade do içamento fosse excessiva na descida, além de atuar em casos de emergência, quando as quatro cordas falhassem. Umney ilustrou três projetos de reguladores, incluindo um da A. & P. ​​Steven (Glasgow) (Figura 7). No entanto, ele relatou que, como os reguladores são, sem dúvida, caros se fabricados corretamente, eles não eram muito populares.

Umney também descreveu um dispositivo de segurança projetado por Edward William Sant (1848-1919) que empregava uma quinta corda que “passava por uma polia no topo do elevador”, com uma extremidade presa à came ou cunha de segurança por meio de uma mola ajustável e a outra extremidade presa a “um pequeno contrapeso suficiente para manter a tensão na corda”. Se a velocidade de descida da cabine excedesse “uma certa taxa (regulada pela mola), a inércia do contrapeso causaria a extensão da mola, acionando assim o mecanismo”. Umney afirmou ter testado esse dispositivo de segurança e obtido “resultados notavelmente bons”. Ele também observou que considerava “interessante a consideração teórica da eficiência desse mecanismo, por exemplificar a adaptação mais simples dos princípios elementares da mecânica”. Esse interesse o levou a um breve (e repleto de fórmulas) aparte no qual explorou a relação entre a velocidade da cabine e a extensão necessária da mola para ativar o dispositivo. O último dispositivo de segurança discutido foi uma versão anterior do projeto de Sant, desenvolvida pelo inventor americano Albert C. Ellithorpe em 1881. Nesse esquema, o peso tensionado pela corda se deslocava dentro de um tubo de forma que “não apenas a inércia do peso, mas também o ar comprimido no tubo atuavam em conjunto para interromper o movimento do peso e acionar o mecanismo”.

Umney concluiu seu artigo observando: “Grande mérito deve ser atribuído aos fabricantes de elevadores pelo fato de os acidentes com elevadores serem tão raros, visto que se calcula que não menos de noventa milhões de pessoas são transportadas anualmente em elevadores de passageiros somente em Londres”. Embora sua estimativa do número de passageiros de elevador em Londres por ano possa ser um tanto questionável, seu apoio entusiasmado ao uso de dispositivos de segurança em elevadores é inquestionável. A conclusão desta série examinará a reação e os comentários do público sobre o artigo e a resposta de Umney.

Referência

[1] Herbert W. Umney, “Dispositivos de segurança para elevadores”, Transações da Sociedade de Engenheiros do Ano de 1895 (1896). Nota: todas as citações são retiradas desta fonte.