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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA - CT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA THIAGO LIMA DA NÓBREGA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO: Introdução ao sistema de transporte verticais com ênfase ao elevador de
cremalheira
NATAL 2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA - CT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA THIAGO LIMA DA NÓBREGA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO: Introdução ao sistema de transporte verticais com ênfase ao elevador de
cremalheira.
Trabalho apresentado ao curso de bacharelado em engenharia mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Como requisito para obtenção do grau em engenharia mecânica.
NATAL 2016
Lista de figuras
FIGURA 1: SISTEMA DE ELEVADOR DE OBRA A CABO ANTIGO. ............................................ 13
FIGURA 2 - ESQUEMA DE ELEVADOR CREMALHEIRA ............................................................... 16
FIGURA 3 - SEÇÕES DA TORRE COM A CREMALHEIRA FIXADA. ............................................ 17
FIGURA 4 - VISTA DETALHADA DO SISTEMA DE FREIO DE SEGURANÇA. .......................... 18
FIGURA 5 - FREIO DE SEGURANÇA DESATIVADO. ..................................................................... 19
FIGURA 6 - SISTEMA DE FREIO DE SEGURANÇA ATIVADO. .................................................... 19
FIGURA 7 - ESQUEMA DE ACOPLAMENTO DA MÁQUINA DE TRAÇÃO COM OS SISTEMAS
DE FREIOS DE SEGURANÇA. .................................................................................................... 20
FIGURA 8 - ESTRUTURA DE ELEVADOR MOVIDO A CABO PARA CANTEIROS DE OBRAS.
............................................................................................................................................................ 22
FIGURA 9 - MÁQUINA DE TRAÇÃO ELEVADOR A CABO PARA OBRAS. ................................. 23
FIGURA 10 - PUXADOR ACIONADOR DO SISTEMA DE FREIO A CUNHA. .............................. 24
FIGURA 11 - SISTEMA LIMITADOR DE VELOCIDADE ATIVANDO O SISTEMA DE FREIO
AUTOMATICAMENTE. ................................................................................................................... 24
FIGURA 12 - CAIXA DE FREIO CUNHA ATIVADA E DESATIVADA. ............................................ 25
FIGURA 13 - SISTEMA DE FREIOS INTERLIGADO AO SISTEMA LIMITADOR DE
VELOCIDADE QUE ESTÁ LIGADO AOTENSIONADOR DE CABO. ..................................... 27
FIGURA 14 - ESQUEMA DE UM ELEVADOR A VÁCUO. ................................................................ 32
FIGURA 15 - ESQUEMA DE INSTALAÇÕES DE UM ELEVADOR HIDRÁULICO. ..................... 34
FIGURA 16 - ESQUEMA COM PRINCIPAIS COMPONENTES DE UMA UNIDADE DE
POTÊNCIA HIDRÁULICA. ............................................................................................................. 35
FIGURA 17 - SISTEMA DE PISTÃO TIPO TELESCÓPIO PRA ELEVADORES HIDRÁULICOS.
............................................................................................................................................................ 36
FIGURA 18 - ESQUEMA DE ELEVADOR HIDRÁULICO COM CILINDRO ÚNICO. .................... 37
FIGURA 19 - MOLAS DE AMORTECIMENTO NO POÇO DO ELEVADOR HIDRÁULICO. ....... 37
FIGURA 20 - ESQUEMA DE ELEVADORES RESIDENCIAIS MOVIDOS A CABO. ................... 39
FIGURA 21 - MÁQUINAS DE TRAÇÃO. .............................................................................................. 40
FIGURA 22 - SISTEMA DE CABOS DO CONTRA PESO................................................................ 41
FIGURA 23 - AMARRAÇÃO DE CABO DE AÇO. .............................................................................. 41
FIGURA 24 - GUIAS EM AÇO COM PERFIL EM T. .......................................................................... 42
FIGURA 25 - SAPATA COM ROLOS PARA GUIAR CARRINHO DA CABINA DO ELEVADOR.
............................................................................................................................................................ 42
FIGURA 26 - MÁQUINA OPERADORA DAS PORTAS DO ELEVADOR. ..................................... 43
FIGURA 27 - SENSORES FOTOCÉLULA DETECTA PRESENÇA DE OBJETOS
INTERROMPENDO O FECHAMENTO DAS PORTAS DO ELEVADOR. .............................. 44
FIGURA 28 - ESQUEMA DE INSTALAÇÃO E FUNCIONAMENTO DO LIMITADOR DE
VELOCIDADES. .............................................................................................................................. 45
FIGURA 29 - LIMITADORES DE VELOCIDADE PARA ELEVADORES DE PASSAGEIROS
RESIDENCIAL A CABO. ................................................................................................................ 46
FIGURA 30 - FUNCIONAMENTO DO LIMITADOR DE VELOCIDADE. ......................................... 46
FIGURA 31 - TENSOR DE CABO DO LIMITADOR DE VELOCIDADE. ........................................ 47
FIGURA 32 - SISTEMA DE FREIO DE SEGURANÇA CONVENCIONAL. .................................... 48
FIGURA 33 - BARRAS DE TRANSMISSÃO DO SISTEMA DE FREIO DE SEGURANÇA. ........ 49
FIGURA 34 - DETALHE DE MONTAGEM DA MOLA DE RETORNO SISTEMA DE FREIO DE
SEGURANÇA. .................................................................................................................................. 49
FIGURA 35 - CUNHAS DE FREIO TIPO INSTANTÂNEO E PROGRESSIVO.............................. 50
FIGURA 36 - ELEVADOR TIPO ESCADA. .......................................................................................... 53
FIGURA 37 - MÁQUINA DE TRAÇÃO E SISTEMA DE SEGURANÇA NO APOIO DE PÉ. ....... 54
FIGURA 38 - ELEVADOR DE MACA. .................................................................................................. 55
FIGURA 39 - TIPOS DE PORTAS PARA ELEVADORES DE MACA. ............................................ 56
FIGURA 40 - ELEVADOR MONTA CARGA PARA RESTAURANTE. ............................................ 56
FIGURA 41 - ELEVADOR MONTA CARGA PARA ELEVAÇÃO DO ESTOQUE. ......................... 57
FIGURA 42 - ELEVADOR DE ACESSIBILIDADE 1. .......................................................................... 58
FIGURA 43 - ELEVADOR DE ACESSIBILIDADE 2. .......................................................................... 58
FIGURA 44 - ELEVADOR DE ACESSIBILIDADE 3. .......................................................................... 58
FIGURA 45 - ELEVADOR DE ACESSIBILIDADE 4. .......................................................................... 58
FIGURA 46: PLANTA ORIGINAL DO EDIFÍCIO. ............................................................................... 61
FIGURA 47: PLANTA DO EDIFÍCIO COM INCLUSÃO DO ELEVADOR EM VERMELHO. ........ 61
FIGURA 48: TABELA QUE DETERMINA ÁREA ÚTIL DA CABIINA. .............................................. 62
FIGURA 49: CABINA DESENVOLVIDA NO SOLIDWORKS (UNIDADES EM MILÍMETROS). . 63
FIGURA 50: GUARDA CORPO NO TETO DA CABINA. .................................................................. 63
FIGURA 51: MÁQUINA DE TRAÇÃO (MOTOR , CAIXA DE REDUÇÃO E FREIO
ELETROMAGNÉTICO). ................................................................................................................. 64
FIGURA 52: MAQUINA DE TRAÇÃO FIXADA SOBRE O TETO DA CABINA. ............................. 64
FIGURA 53: FREIO DE SEGURANÇA E LIMITADOR DE VELOCIDADE. .................................... 65
FIGURA 54: LIMITADORES DE VELOCIDADE E FREIOS DE SEGURANÇA EM VERMELHO.
............................................................................................................................................................ 66
FIGURA 55: ESPAÇAMENTOS ENTRE PAREDE E CONTRAPESO. ........................................... 67
FIGURA 56: ROLETE E ROLAMENTO RIGIDO DE ESFERAS.. .................................................... 67
FIGURA 57: POLIAS DO SISTEMA DETRAÇÃO DO CONTRA PESO. ........................................ 68
FIGURA 58: PROJETO FINALIZADO. ................................................................................................. 68
Lista de tabelas
TABELA 1: QUADRO DE COMPARAÇÃO ENTRE ELEVADORES MOVIDOS A
CREMALHEIRA E A CABO DE AÇO. .......................................................................................... 29
TABELA 2 - OUTROS SISTEMAS DE FREIO DE SEGURANÇA. .................................................. 51
TABELA 3: LISTA DE COMPONENTES DO FOÇO DO ELEVADOR. ........................................... 52
TABELA 4: DETALHES DO TRILHO DO ELEVADOR TIPO ESCADA. ......................................... 54
THIAGO LIMA DA NÓBREGA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO: (Introdução ao sistema de transporte verticais com ênfase ao elevador de
cremalheira)
RELATÓRIO FINAL, APRESENTADO A UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE, COMO PARTE DAS EXIGÊNCIAS PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO EM BACHAREL EM ENGENHARIA MECÂNICA.
Natal, 15 de Dezembro de 2016.
Banca examinadora
. . Prof. Dr. William Fernandes de Queiroz
. .
Prof. Dr. Evans Paiva da Costa Ferreira
. . Prof. Dr. Lucio Ângelo de Oliveira Fontes
SUMÁRIO
1 RESUMO............................................................................................................................................. 7
2 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 8
3 METODOLOGIA ........................................................................................ 10
4 CLASSIFICAÇÃO DOS ELEVADORES .................................................... 11
4.1 Elevadores de obras: .......................................................................... 12
4.1.1 Elevador cremalheira: ................................................................... 15
4.1.2 Elevador a cabo: ........................................................................... 20
4.2 Elevadores cremalheira x cabo: .......................................................... 28
5 ELEVADORES DE PASSAGEIROS RESIDENCIAIS: ............................... 30
5.1 Elevadores de passageiros residenciais pneumático a vácuo: ........... 31
5.2 Elevadores de passageiros residenciais hidráulicos: .......................... 33
5.3 Elevador de passageiros residencial elétrico a cabo:.......................... 38
6 ELEVADORES ESPECIAIS ....................................................................... 53
6.1 Elevador de escada:............................................................................ 53
6.2 Elevador de maca: .............................................................................. 55
6.3 Elevador Monta-cargas ....................................................................... 56
6.4 Elevador de acessibilidade .................................................................. 57
7 PROJETO DE UM ELEVADOR COM CAPACIDADE PARA QUATRO PASSAGEIROS EM UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL CONTENDO QUATRO PAVIMENTOS. ................................................................................................. 59
7.1 Situação problema: ............................................................................. 59
7.2 Cabina ................................................................................................. 62
7.3 Máquina de tração:.............................................................................. 63
7.4 Limitador de velocidade e freio de segurança: .................................... 64
7.5 Contra peso: ........................................................................................ 66
7.6 Projeto 3D final: ................................................................................... 68
8 CONCLUSÃO ............................................................................................. 68
9 Referências ................................................................................................ 69
7
1 RESUMO
O presente trabalho apresenta como tema principal os elevadores,
inicialmente é feito uma abordagem histórica sobre a sua evolução, partindo de
30 séculos antes de Cristo, com as pinturas egípcias que relatam técnicas
rudimentares de elevação de água, até os anos de 1850 onde foram criados os
elevadores a vapor, hidráulicos e elétricos. Posteriormente são descritos
diferentes classificações destes equipamentos, especificando os seus tipos e
suas aplicações. Nesta etapa são fala-se sobre os principais sistemas e
componentes que integram cada tipo de elevador deixando evidenciado os seus
princípios de funcionamento. Também foi relatado as normas da ABNT
regulamenta a construção, instalação, operação e manutenção de cada um
deles. O enfoque desta etapa ficou a cargo dos elevadores movidos a cabo e a
cremalheira, sendo detalhado os sistemas dos freios de segurança e seus
limitadores de velocidade. Por fim, tem-se a elaboração do projeto de um
elevador visando atender um edifício de quatro pavimentos possuindo a
capacidade de transportar quatro passageiros. Este projeto desenvolveu-se na
forma de um elevador em 3D, utilizado para isto o Solidworks 2016, é importante
lembrar que todos os critérios definidos pela ABNT foram utilizados na
elaboração do projeto.
8
2 INTRODUÇÃO
As primeiras informações que se tem notícia sobre deslocamentos
verticais ascendente, dar-se no século 30 a.C., no antigo Egito, com o transporte
de água, através da coleta por panelas de barro tracionadas por cordas de
cânhamo, fibra esta que ainda é utilizada nas almas dos cabos de aço dos
elevadores até os dias de hoje.
A construção civil da época também impulsionou o desenvolvimento
tecnológico daquele período. A necessidade de elevação de objetos pesados fez
com que se pensasse em meios para se realizar tal tarefa, como por exemplo a
construção da primeira pirâmide de pedra, grandes pirâmides do Egito, templos
e torres gigantescas. Acredita-se que tenham sido erguidas com a ajuda de
cordas, alavancas, sistema de andaimes em forma de degraus e máquinas feitas
de pequenos pedaços de madeira segundo Heródoto, embora existam outras
hipóteses de construção.
Desde então, novas descobertas tecnológicas que foram gradativamente
sendo incorporadas ao mesmo propiciando uma evolução contínua até o seu
atual estado de desenvolvimento.
Segundo Heron de Alexandria, existem cinco tipos de objetos utilizáveis
para mover cargas, são eles: guincho, alavanca, polia, cunha e rosca-sem-fim.
Na mesma época, Vitrúvio que era um arquiteto e engenheiro romano, criou o
primeiro guincho manual, considerado o “primeiro elevador de cargas”. Então foi
a primeira vez que se fez menção ao que podemos chamar de “elevador”, e que
se tem registro, que data de 100 a.C. E o desenvolvimento tecnológico foi
progredindo com acréscimos de novos inventos como o sistema de pivô em
guindastes e as travas de giro nos tambores onde eram enrolados os cabos de
tração, evitando assim o movimento inverso do mesmo quando da suspensão
da aplicação da força ao sistema. Posteriormente, em 1400 são publicadas as
invenções de Konrad Keiser, como a do elevador eólico com fins militares.
Já em 1567 na Alemanha eram utilizados elevadores manuais para o
transporte de pessoas. As obras civis continuavam a impulsionar o
9
desenvolvimento das técnicas se consolidando em 1590 uso generalizado de
elevadores para auxiliar na construção de prédios. No século XVII começam os
protótipos de elevadores utilizados para a elevação de suprimentos e pessoas
disseminavam-se em locais isolados no interior de palácios da Inglaterra e da
França como castelos, monastérios e conventos.
No século XVIII, ocorreram mudanças importantes nos equipamentos de
elevação, já podiam ser vistos em teatros, hospitais, por exemplo como o
elevador cadeira 1760. Em 1973, Ivan Kulibin instalou no Palácio Imperial da
Rússia, um elevador com acionamento movido pela tecnologia de
“parafusamento’’. A invenção de um elevador com deslocamento baseado em
um sistema de parafuso, rosca sem fim, significou um passo importante na
tecnologia de segurança dos elevadores.
Em 1823 em Londres, Burton e Hormer, construíram uma plataforma
motorizada com capacidade para transportar ao mesmo tempo até 20
passageiros e alcançar a altura de 37 metros. Essa plataforma era designada
“quarto ascendente” e tinha como objetivo elevar os pagantes a uma vista. No
mesmo ano, Briquet cria o elevador hidráulico, no qual um tanque móvel com
água funcionava como um contrapeso à cabina, fazendo-a subir e descer pela
diferença de peso entre as massas.
Em 1830, é construído o primeiro acionamento mecânico para elevador
em Derby na Inglaterra. Estes primeiros elevadores da era industrial eram
movidos por máquinas a vapor e seus cabos se enrolavam em grandes
tambores. A abertura e o fechamento das portas eram manuais e o controle por
válvulas exigia um operador treinado, contudo os primeiros elevadores eram
muito lentos. Ademais, importante ressaltar que o problema dos elevadores
construídos até 1952 não eram seguros para o transporte tanto de objetos como
pessoas, desse modo, na hipótese de ruptura das cordas que tracionavam as
plataformas, a queda geralmente era fatal para os usuários.
Diante dessa problemática, o americano Elisha Graves Otis apresentou
na Exposição Mundial realizada em Nova York, o primeiro sistema de segurança
que viria impedir a queda livre de um elevador em caso de rompimento dos cabos
10
de tração, baseado em trilhos serrilhados que corria a plataforma e travada caso
a cabina perdesse a sustentação dos cabos. O sistema de tração contava com
uma máquina à vapor com dois cilindros verticais situados abaixo do eixo
manivela do conjunto, possibilitou o transporte seguro de pessoas e objetos. Em
1857 é instalado pela E.V. Haughwout em um prédio de 5 andares numa esquina
da Broadway em N.Y. o primeiro elevador para o transporte de passageiros com
o sistema conjunto de tração de força independente, a máquina à vapor,
associado a um freio de segurança. O elevador tinha a capacidade de transportar
450 Kg ou (6 pessoas) e alcançar a velocidade de 0,2 m/s, ou seja, as bases do
elevador moderno estavam lançadas.
Subsequentemente, Leon Edoux, em 1867 em Paris, na exibição
universal apresenta o primeiro elevador hidráulico de segurança, com um
sistema de correntes que passava pela base do pistão. Mais tarde, em 1874, J.
W. Meaker, nos EUA, registrou um método que permitiu portas do elevador para
abrir e fechar com segurança. Os recursos e estudos acerca de desenvolvimento
tecnológico permitiram a elaboração de elevadores cada vez mais sofisticados e
com um crescente número de operações para atender aos usuários, assim
passando por várias modificações buscando maior conforto no menor tempo de
viagem.
Com o surgimento dos Microprocessadores tornou-se obsoleto a
utilização dos quadros de comando baseados em chaves eletromagnéticas,
permitindo assim a diminuição dos comandos o que obteve melhores
desempenhos com mais confiabilidade, bem como se utilizou de motores
menores, silenciosos e econômicos.
Nesse contexto, torna-se indiscutível a importância dos elevadores na
evolução dos grandes centros urbanos, essas máquinas torna possível um
grande salto na qualidade de vida das pessoas.
3 METODOLOGIA
11
O presente trabalho acadêmico dividiu-se em três etapas. A primeira fase
foi realizada através de pesquisas sobre a evolução dos elevadores. Já a
segunda etapa foi constituída por pesquisa bibliográfica, fundamentada em
levantamento de teorias em livros, artigos científicos e normas que tratem dos
temas sobre elevadores. E por fim a terceira etapa deste estudo deu-se, por meio
do projeto desenvolvido no SOLIDWORKS 2016 que mostra a elaboração do
projeto de um elevador do tipo cremalheira com capacidades para quatro
passageiros, a ser instalado em um edifício com quadro andares.
4 CLASSIFICAÇÃO DOS ELEVADORES
12
4.1 Elevadores de obras:
Os elevadores de canteiro de obras são responsáveis pela locomoção de
pessoas e materiais, porém desde 2013 a NBR 16200 proibiu a utilização dos
elevadores de materiais por passageiros e cargas simultaneamente, com a
exceção do operador que deve está em local isolado da carga, como pode ser
observado a seguir:
“18.14.22.1 É proibido o transporte de pessoas nos elevadores de materiais tracionados à cabo, com exceção dos elevadores do tipo cremalheira, onde somente o operador é o responsável pelo material a ser transportado, podem subir junto com a carga, desde que fisicamente isolados da mesma.”
(NBR16200, 2013)
Estes equipamentos são ferramentas muito importantes no
desenvolvimento das grandes cidades no mundo todo. No Brasil não poderia ser
diferente, pois diariamente milhares desses equipamentos estão em operação,
dando agilidade nas construções civis.
Nessa perspectiva, houve a elevação na qualidade dos elevadores de
obra nos últimos dez anos, visto que foram exigidos itens de segurança pela NR-
18, consequentemente a evolução tecnológica do elevador cremalheira passou
a ser realidade no dia a dia da construção civil.
Historicamente, os elevadores de obras eram conhecidos por causar
acidentes, o sistema de comunicação dava-se de forma grosseira, baseado em
procedimentos rudimentares e tudo funcionava com um código de mensagens.
Os elevadores apresentavam um alto perigo por deixar o elevador descer na
‘banguela’, em queda livre, ato que era comum nos canteiros com o objetivo de
poupar energia na descida do mesmo e diminuir o tempo de descida da carga.
Essa prática era possível devido a sua configuração (ver FIGURA 1), onde o
operador encontrava-se externo a cabina e tinha o controle da velocidade e
parada por meio de alavancas.
13
Figura 1: Sistema de elevador de obra a cabo antigo. (MECAN, 2000)
É tido que as principais formas de acidentes com os elevadores de obras
ocorrem devido á instalação errada, falta de manutenção, manuseio incorreto
por usuários que muitas vezes não possuem as qualificações necessárias para
operar o equipamento, em conformidade com as normas, a seguir:
“18.14.2 Todos os equipamentos de movimentação e transporte de materiais e pessoas só devem ser operados por trabalhador qualificado, o qual terá sua função anotada em carteira de trabalho. 18.14.2.1 Os operadores devem ter ensino fundamental completo e devem receber qualificação e treinamento específico no equipamento, com carga horária mínima de dezesseis horas e atualização anual com carga horária mínima de quatro horas. 18.14.2.1.1 Aos operadores que possuírem experiência comprovada em CTPS, anterior a maio de 2011, é dispensada a exigência de ensino fundamental completo. (Inserido pela Portaria SIT n.º 296, de 16 de dezembro de 2011) 18.14.2.2 São atribuições do operador: a) manter o posto de trabalho limpo e organizado;
b) instruir e verificar a carga e descarga de material e pessoas dentro
da cabine;
14
c) comunicar e registrar ao engenheiro responsável da obra qualquer anomalia no equipamento;
d) acompanhar todos os serviços de manutenção enquanto executados no equipamento.”.
(NR 18, 2015)
Ainda, comumente no Brasil, a construção, instalação e manutenção dos
elevadores de obras são realizadas por pessoas e empresas desqualificadas,
sendo outra fonte de acidentes, também desrespeitando assim a norma
prelecionada:
“18.14 Movimentação e Transporte de Materiais e Pessoas (Item 18.14.1 ao 18.14.23.6 com redação dada pela Portaria SIT n.º 224, de 06 de maio de 2011) 18.14.1.1 Os equipamentos de transporte vertical de materiais e de pessoas devem ser dimensionados por profissional legalmente habilitado. 18.14.1.2 Os equipamentos de transporte vertical de materiais e pessoas devem ser projetados, dimensionados e especificados tecnicamente por profissional legalmente habilitado. (Redação vigente até 09/05/2015 - Vide Portaria MTE n.º 644, 09 de maio de 2013) 18.14.1.3 Os serviços de instalação, montagem, desmontagem e manutenção devem ser executados por profissionais qualificados e sob a supervisão de profissional legalmente habilitado. 18.14.1.4 Toda empresa fabricante, locadora ou prestadora de serviços em instalação, montagem, desmontagem e manutenção, seja do equipamento em seu conjunto ou de parte dele, deve ser registrada no Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia - CREA e estar sob responsabilidade de profissional legalmente habilitado com atribuição técnica compatível.”
(NR 18, 2015)
Visando a segurança dos usuários, a Associação Brasileira de Normas
Técnicas - ABNT pôs em vigor algumas normas com a finalidade de assegurar
a integridade dos usuários e do equipamento, são elas:
NR 18 – Condições e meio ambiente de trabalho na indústria da
construção;
NR 12 – Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos;
NBR 16200 – Elevadores de canteiros de obras para pessoas e
materiais com cabina guiada verticalmente;
NBR 5666 – Elevadores elétricos;
15
NBR 14712 – Elevadores elétricos de carga, monta carga e
elevadores de maca – Requisitos de segurança para projetos,
fabricação e instalação;
NBR 10098 – Elevadores elétricos – dimensões e condições do
projeto de construção.
Nessas normas, podem-se verificar todos os dados referentes aos
requisitos de segurança para a construção, instalação e operação destes tipos
de elevadores. Elas abordam de maneira completa a criação de um projeto de
elevador elétrico para obras, desde a fundação do elevador até o sistema elétrico
para o funcionamento pleno do equipamento, passando por todas as garantias
de segurança do usuário, operador e pessoas a sua volta.
4.1.1 Elevador cremalheira:
Como mencionado anteriormente, estes equipamentos são utilizados nos
canteiros de obras diariamente, devido a sua facilidade em realizar as operações
e modificar o seu tamanho (guia da torre) à medida que a obra cresce
verticalmente.
Os seus principais componentes mecânicos e o seu princípio de
funcionamento, bem como as suas vantagens e desvantagens, serão detalhados
abaixo para uma melhor compreensão do sistema.
Principais sistemas e componentes do elevador:
Base metálica;
Cerca de proteção;
Torre do elevador;
Cabina;
Contrapeso;
Motores elétricos;
Freios magnéticos;
Dispositivo guia de cabo;
Freio de emergência;
Quadro elétrico.
16
Na Figura 2, pode verificar os sistemas e componentes dispostos em uma torre de elevador cremalheira, sendo indicados por números e listados a direita.
1. Torre 2. Cremalheira 3. Guarda corpo 4. Máquina motriz 5. Eletro freio 6. Motor 7. 1º freio de segurança centrífuga; 8. 2º freio de segurança centrífuga; 9. Trava mecânica; 10. Cabo elétrico; 11. Painel elétrico; 12. Ancoragem; 13. Pau de carga; 14. Painel elétrico; 15. Cabine; 16. Guia de cabo (recolhedor de cabo); 17. Recinto fechado; 18. Base de molas.
Figura 2 - Esquema de elevador cremalheira Fonte: (PINGON, 2011)
Princípio de funcionamento:
Para entender como funciona um elevador do tipo cremalheira, será
subdividido o sistema e abordá-lo como um conjunto composto por seis
subsistemas que garantem o seu funcionamento de forma segura e eficiente.
Os sistemas são divididos da seguinte maneira:
Sistema da torre guia;
Sistema da máquina de tração;
Sistema do contrapeso;
Sistema dos freios de emergência;
Sistema do limitador de velocidade;
Sistema do esticador de cabos.
O sistema da torre guia é composto por torre e cremalheira. A primeira
deve ser calculada de acordo com a (NB 233, 1975), construída em material
metálico, normalmente soldados formando treliças para uma maior resistência e
17
leveza. Ainda, são construídas em seções que variam de um a três metros para
facilitar o transporte e manuseio das seções. Essas são conectadas entre si e
garantem uma montagem rápida, permitindo o deslocamento do carro da cabina
ao longo de toda a sua extensão.
As cremalheiras são fixadas nas seções da torre (ver Figura 3), devem
ser assegurados que tal fixação seja realizada de maneira bastante firme, pois
terão a função de guia do carro da cabina em seu deslocamento vertical, bem
como receberão altas cargas tanto com o carregamento da cabina em operações
normais no dia a dia, como em situações de emergências quando são solicitados
os freios de emergência.
Figura 3 - Seções da torre com a cremalheira fixada.
Fonte: (SACHS, 2013)
O sistema da máquina de tração é composto basicamente por motor
elétrico, redutor de velocidade e freio eletromagnético automático. O motor
elétrico é o coração do sistema, ele é responsável pela conversão da energia
elétrica em energia mecânica que movimentará todo o sistema, tornando
possível o movimento da cabina. O redutor por sua vez é responsável em fazer
à adequação de rotação do sistema, garantindo que a cabina se desloque em
velocidades determinadas pelas normas, isso é muito importante para um bom
funcionamento desse sistema, garantindo assim uma vida mais longa aos
componentes mecânicos e assegura que o sistema como um todo opere em
velocidades seguras e aceitáveis pelas normas. O freio eletromagnético é de uso
obrigatório previsto na NB 233, e tem como função, realizar a frenagem da
cabina em cada parada solicitada pelo operador nos dois sentidos (subida e
18
descida). Apesar de ser um freio automático, a norma exige que o mesmo tenha
mecanismos manuais de destravamento para em caso de interrupção da força
motriz, possa-se realizar a descida da cabina até o primeiro pavimento em
segurança.
O sistema do contrapeso é de uso não obrigatório, porém a sua utilização
permite que o elevador possa movimentar uma carga maior com um motor de
menor potência, economizando em energia e tempo de deslocamento, uma vez
que serão necessárias menos viagens para deslocar a carga. O contrapeso é
uma massa deslizante que desloca-se e ao longo de um guia, interligado por
cabos de aço com o carrinho da cabina, esse sistema utiliza roldanas e funciona
basicamente para aliviar o peso que a cabina exerce sobre o subconjunto do
motor. Todas as exigências da instalação, segurança e construção do
contrapeso estão disponíveis na NBR 16200.
O sistema do freio de emergência (ver FIGURA 4) é responsável pela
segurança da operação do elevador, em caso de pane no sistema do freio
eletromagnético ou qualquer outra causa que leve o elevador a uma descida com
velocidade superior à nominal, o sistema de freios de emergência é acionado
travando a cabina e simultaneamente acionando a chave de ruptura que desliga
o funcionamento da máquina de tração até que seja realizado o destravamento
por uma pessoa habilitada.
Figura 4 - Vista detalhada do sistema de freio de segurança.
Fonte: (AGUILERA, 2011)
Nas Figuras 5 e 6 abaixo está mais detalhado o funcionamento desse
sistema de freio de segurança. O sistema está desativado operando em modo
19
livre o movimento se dá apenas no pinhão, eixo do pinhão e no mecanismo
centrífugo que funciona como limitador de velocidade do elevador.
Figura 5 - Freio de segurança desativado.
Fonte: (ELEVATORBOBS, 2010)
A medida em que a velocidade da cabina aumenta, o eixo do pinhão gira
mais rápido, fazendo com que o mecanismo centrífugo desloque-se em direção
ao tambor do freio, no momento em que eles tocam-se (ver Figura 6), o tambor
entra em movimento como o mesmo, neste momento está em contato com as
sapatas e causa a ação de frenagem. Simultaneamente, a essa ação o veio
roscado ligado ao tambor comprime as anilhas e aciona o interruptor de
segurança que interrompe o sistema elétrico que alimenta a máquina de tração
anulando a força motriz do sistema.
Figura 6 - Sistema de freio de segurança ativado.
Fonte: (ELEVATORBOBS, 2010)
Na Figura 7, têm-se um exemplo de como os sistemas de freio de
segurança são interligados com o sistema de máquina de tração. Esse sistema
está funcionando com dois freios e estão interligados diretamente com a
máquina de tração.
20
Figura 7 - Esquema de acoplamento da máquina de tração com os sistemas de freios de
segurança. Fonte: (PINGON, 2011)
O Sistema do esticador de cabos, tem a função de manter os cabos
sempre tensionados, de forma a evitar que os cabos fiquem enroscados em
algum componente do elevador ou em objetos externos ao sistema, evitando
acidentes e possíveis rupturas dos mesmos. Os cabos de alimentação do
sistema elétrico também devem utilizar esse subconjunto para a maior
segurança dos usuários.
4.1.2 Elevador a cabo:
Segundo o site da revista elevadores Brasil, esses elevadores são os mais
utilizados em canteiros de obras nos dias de hoje, são fáceis de operar e em
relação a outros tipos de elevadores tem um baixo custo de instalação e
manutenção.
21
Principais sistemas e componentes do elevador:
Máquina de tração;
Limitador de velocidade;
Cabina;
Molas de amortecimento;
Para-choques;
Tensionador de cabo;
Freio de segurança.
Princípio de funcionamento:
Os elevadores a cabo de canteiros de obras funcionam dentro de uma
torre de metal, por onde a cabina e o carro do contra peso se deslocam
verticalmente. Segundo a (NB 233, 1975)o sistema conta com uma máquina de
tração equipada com o motor elétrico, freio eletromagnético e a polia por onde
passam os cabos que tracionam o carro da cabina. A máquina de tração
normalmente é instalada no térreo na base da torre e os cabos de tração
funcionam em um sistema de polias para realizar o trabalho do elevador (ver
FIGURA 8).
22
Figura 8 - Estrutura de elevador movido a cabo para canteiros de obras.
Fonte: (MECAN, 2000)
A máquina de tração (ver FIGURA 9) desse tipo de elevador deve conter
um motor elétrico, um freio eletromagnético, uma caixa de redução e um carretel
23
onde o cabo de aço é fixado, sendo bobinado e desbobinado de acordo com a
função em que o elevador está realizando no momento.
Figura 9 - Máquina de tração elevador a cabo para obras.
Fonte: (OLIVEIRA, 2012)
Seguindo as orientações da (NB 233, 1975), sistema de freio de segurança a
cunha é ativado apenas em casos de emergência, ele pode ser acionado de
duas formas, manualmente a partir de um puxador (ver FIGURA10) que
encontra-se dentro da cabina ao alcance do operador, além de poder acionar de
maneira automática, funcionando em conjunto com o limitador de velocidade.
Em casos onde o elevador atinja velocidades acima da nominal, o sistema que
limita a velocidade (ver FIGURA 11), ativa automaticamente os freios de
emergência, realizando a paralisação da cabina, simultaneamente aciona um
dispositivo que realiza o desligamento do sistema elétrico que alimenta o sistema
de tração. A Figura 12, demonstra de forma detalhada os sistemas de freio de
segurança em conjunto com o limitador de velocidade.
24
Figura 10 - Puxador acionador do Sistema de freio a cunha.
Fonte: (MECAN, 2000)
Figura 11 - Sistema limitador de velocidade ativando o sistema de freio automaticamente.
Fonte: (MECAN, 2000)
25
O freio cunha possui duas caixas de freios, uma em cada lado da cabina,
no momento em que se aciona o freio de segurança ambas são ativadas ao
mesmo tempo para garantir a estabilidade da cabina. O sistema é bastante
simples (ver FIGURA 12), trata-se de um rolete que encontra-se em uma cunha
por onde passa o cabo de aço do freio, durante o funcionamento normal da
cabina onde o freio encontra-se desativado o rolete permanecesse na posição
inferior da caixa e não há contato entre cabo e rolete. Ao acionar os freios o
rolete é deslocado para a posição superior da caixa, ocupando o local mais
estreito da cunha e realizando atrito sobre o cabo de aço. Nesta posição a fenda
da cunha não possui espaço suficiente para que o cabo e o rolete se movam,
realizando a paralisação total do sistema.
Figura 12 - Caixa de freio cunha ativada e desativada.
Fonte: (MECAN, 2000)
Por se tratar de um componente de segurança de extrema importância para a operação do sistema, critérios rígidos de inspeções, vistorias e testes
26
devem ser realizados periodicamente com o objetivo de garantir um bom funcionamento do sistema em obediência a norma, in verbis:
“18.14.1.13 Deve ser realizado teste dos freios de emergência dos elevadores na entrega para início de operação e, no máximo, a cada noventa dias, devendo o laudo referente a estes testes ser devidamente assinado pelo responsável técnico pela manutenção do equipamento e os parâmetros utilizados devem ser anexados ao Livro de Inspeção do Equipamento existente na obra. “
(NR 18, 2015)
Esse sistema é de muita importância para a segurança e por isso tem um destaque maior na NR 18, que especifica até mesmo a periodicidade de vistorias a serem feitas.
Outro recurso de segurança que trabalha em conjunto com esses
sistemas é o tensionador de cabo que está interligado a polia do limitador de
velocidade, ele mantém o cabo do limitador tensionado de forma a garantir que
o conjunto formado pelo cabo e a polia do limitador estejam adequadamente em
contato, este contato é que garantirá o giro da polia limitadora de velocidade.
Outra função que o tensionador realiza é a de segurança do cabo do limitador,
caso o cabo sofra deformação plástica ou chegue a romper o tensionador conta
com um dispositivo que é acionado e desliga o sistema elétrico que alimenta a
máquina de tração, desta forma ele evita que o elevador opere sem os sistemas
do limitador de velocidade e freios de segurança. Nota-se na (ver FIGURA 13)
que os sistemas de segurança em que foram descritos acima funcionam em
conjunto, garantindo que se uma única falha em um desses componentes
paralisará todo o funcionamento do elevador e garantirá a integridade material e
de pessoas envolvidas na operação que está sendo executada.
27
Figura 13 - Sistema de freios interligado ao sistema limitador de velocidade que está
28
ligado ao tensionador de cabo. Fonte: (MECAN, 2000)
Os elevadores a cabo de canteiro de obras devem seguir uma rotina de
checagem de operação, a Mecan disponibiliza uma check-list de operação de
seus elevadores (ver anexo I).
4.2 Elevadores cremalheira x cabo:
A escolha do elevador no canteiro de obra não deve ser feita de maneira
simplificada, normalmente escolhe-se os elevadores a cabo devido o menor
custo imediato. Porém deve-se levar em conta diversas outras variáveis em cada
situação a se instalar um elevador no canteiro de obras. Há situações em que o
elevador a cremalheira pode ser a melhor escolha, por exemplo nos itens
produtividade, segurança, rapidez na montagem rapidez na montagem e
flexibilidade do equipamento.
O fato do operador encontrar-se na cabina do elevador a cremalheira, faz
com que a operação seja otimizada, pôs ele mantém o controle da operação,
podendo pular paradas desnecessárias ou realizar paradas não planejadas
dando agilidade ao trabalho no dia a dia no canteiro de obras. Outras
comparações mais específicas pode ser visto na tabela 1.
Segundo (RUDENKO, 1976) os critérios de seleção do maquinário devem
levar em conta espécie e propriedade da carga a ser transportada, condições
específicas do local de condução, levar em consideração uma possível
expansão do sistema e o custo dispendido para a instalação e manutenção do
sistema.
29
Tabela 1: Quadro de comparação entre elevadores movidos a cremalheira e a cabo de aço.
Fonte: (COMITÊ PERMANENTE REGIONAL CPR-MG, 2011)
30
5 ELEVADORES DE PASSAGEIROS RESIDENCIAIS:
Os principais tipos de elevadores mais utilizados em residências são os
hidráulicos e elétricos. Porém um novo tipo de elevadores, ainda um pouco
comum, mas que vem ganhando notoriedade nesse mercado são os elevadores
a vácuo.
Equipamentos hidráulicos, são movidos por um pistão hidráulico
normalmente localizado embaixo do equipamento, usando o mesmo princípio de
funcionamento dos elevadores de carro. Já os elevadores elétricos, utilizam
cabos e são acionados por energia elétrica.
Até algum tempo atrás, o conceito hidráulico tinha a preferência dos
engenheiros e arquitetos. Pois apenas com equipamentos deste tipo era possível
evitar a falta de estética das casas das máquinas nos telhados.
Desta forma, já que para equipamentos hidráulicos não necessitavam de
destas casas de máquinas poderiam ser instaladas em outros locais.
Outro fator que colaborava com esse sistema, foi que eles eram únicos
equipamentos com o recurso de resgate em casos de falta de energia, devido a
possibilidade de se realizar a descida utilizando apenas a gravidade. Além disto,
a viagem era mais confortável comparado com o que os elevadores elétricos
podiam proporcionar.
Porém, sempre existiram algumas limitações deste tipo de equipamento,
por exemplo, viagens mais lentas e com maior consumo de energia se
comparado a um equivalente elétrico, além de utilizar grande quantidade de
óleos que os tornam pouco ecológicos e encarecem a manutenção,
Os elevadores elétricos conseguiram evoluir de maneira que tornaram-se
mais atrativos do que os hidráulicos, deixaram de exigir a presença de casa das
máquinas, fazendo com que sua instalação prática e adaptável a qualquer
projeto. Outro divisor de águas foi o uso de inversores de frequência que permitiu
suavidade na viagem, o tornando melhor do que a de qualquer elevador
hidráulico e ganho em precisão de paragem, que é conseguido com a inclusão
de encoders ao sistema de automação, resultando em nivelamento de piso
extremamente precisos.
31
5.1 Elevadores pneumático a vácuo:
Os elevadores pneumáticos a vácuo, são recentes no mercado e estão
ganhando cada vez mais espaço nas residências, pois trata-se de um sistema
“limpo” por não ser necessário o uso de lubrificantes, de baixa complexidade de
instalação por dispensar a construção de fosso e casa de máquinas e o baixo
custo de manutenção do sistema. Por tratar-se de tubos de policarbonato
garante uma vista panorâmica do ambiente externo, possui um designer
moderno e ocupa um espaço mínimo, tornando-o atrativo e um forte candidato
aos projetos de arquitetura.
Principais componentes do sistema:
01 Cabina hermética de policarbonato;
Operadores de portas;
01 Sistema de sucção (motor-bomba compressor);
01 Tubulação pneumática;
Princípio de funcionamento:
O sistema funciona com o mesmo princípio de uma seringa (ver FIGURA
14), a cabina faz o papel de um êmbolo, o sistema não conta com trilhos,
cremalheiras ou nem mesmo com cabos. Ao contrário de uma torre ou fosso que
guia os elevadores convencionais este sistema dispõe de um tubo pneumático
com uma cápsula hermética que leva o usuário de um andar ao outro utilizando
apenas a diferença de pressão para fazer o percurso desejado.
O sistema de funcionamento do elevador a vácuo é simples e engenhoso:
em um tubo hermeticamente fechado, os engenheiros colocaram uma cápsula
com plataforma vedada e, ao diminuir a pressão na parte superior da plataforma,
a cápsula inteira sobe. Para realizar a descida o sistema apenas deixa entrar ar
aos poucos no compartimento superior para efetuar a tarefa.
32
Figura 14 - Esquema de um elevador a vácuo.
Fonte: (GUISS, 2010)
Vantagens e desvantagens:
Vantagens:
Não é necessário cavar um fosso em baixo do elevador;
Alimentação monofásica 220v;
Não utiliza energia elétrica quando o elevador está descendo;
Não é necessário lubrificar os sistemas com óleo e a manutenção é
de baixo custo;
Visibilidade de 360 graus;
Instalação rápida, alguns fabricantes prometem a instalação em um
ou dois dias, sem a necessidade de efetuar grandes obras;
Pode ser utilizado em ambientes de até quatro andares.
33
Desvantagens:
Sistema com altos níveis de ruídos no funcionamento (compressor em
trabalho para realizar a subida da cabina);
Limitação no peso que o sistema é capaz de elevar (para realizar o
trabalho com uma carga pesada seria necessário um compressor
muito potente inviabilizando o sistema);
A velocidade de funcionamento é muito baixo, tornando a operação
longa e tediosa;
A altura de funcionamento é limitada, apenas quatro pavimentos;
Espaço físico da cabina limitada sendo um transporte unitário a cada
viagem;
A pesar do baixo custo na manutenção, os custos de implantação são
altos, devido à dificuldade na produção dos tubos e a necessidade de
uma vedação hermética do sistema.
5.2 Elevadores hidráulicos:
Os elevadores residenciais hidráulicos, são regidos por normas da ABNT
direcionadas a elevadores elétricos por terem componentes e sua alimentação
elétrica, mas também pela norma NBR NM 267 – Elevadores hidráulicos de
passageiros – Requisitos de segurança para construção e instalação.
Princípio de funcionamento:
Existem diversas formas de um elevador hidráulico operar, como por
exemplo, utilizando um cilindro único ou por múltiplos cilindros. Nesta seção será
abordado o caso mais simples de um único cilindro e de maneira mais direta.
O elevador hidráulico movimentado por um único cilindro consiste em um
sistema em que um cilindro fixo e um pistão (embolo) móvel é acoplado a parte
inferior da cabina de passageiros, o pistão é responsável pelo movimento da
cabina, para isto existe um sistema de fornecimento de força motriz instalado ao
cilindro fornecendo um fluido pressurizado, fornecendo energia mecânica ao
pistão e realizando a subida da cabina.
34
A pressurização do cilindro é realizada por meio de um sistema de tubos
que suportam altas pressões. Para que o sistema seja pressurizado, conta com
uma bomba, indicado pelo número 4 na Figura 15, é responsável por elevar a
pressão do sistema sempre que for solicitado a subida do elevador. A bomba é
alimentada por um fluido através do tubo que está ligado a um reservatório, ela
realiza sucção do fluido direto do reservatório (a baixa pressão) e realiza a
compressão do mesmo, fornecendo a pressão necessária para o deslocamento
do pistão do outro lado do sistema.
Para realizar a descida da cabina, a bomba não poderá ser utilizada, já
que a mesma não opera em duplo sentido. Desta forma, o sistema conta com
uma tubulação secundária que é ligada entre o cilindro e o reservatório de fluido.
Para que o fluido possa retornar ao reservatório sem que seja necessário passar
pela bomba, a tubulação secundária é instalada a montante da bomba, ou seja,
entre o cilindro e a bomba e interligada a uma válvula de sentido único, está
válvula só é acionada quando a cabina é solicitada para realizar a descida,
permitindo a passagem do fluido que irá direto para o reservatório. Assim a
pressão do sistema cairá e a cabina realizará a descida de forma controlada
Figura 15 - Esquema de instalações de um elevador hidráulico. Fonte: (BALU, 2009)
35
A unidade de potência hidráulica do elevador é o coração do sistema, na
Figura 16 detalha os principais componentes do sistema, esse sistema pode ser
mais complexo com mais de um motor, diferentes sistemas de controle de
pressão e temperatura entre outras tecnologias que dão suporte a uma maior
potência e maior controle de operação do sistema.
Figura 16 - Esquema com principais componentes de uma unidade de potência hidráulica. Fonte: (JUNIOR, 2013)
A unidade de potência será ligada ao sistema cilindro x pistão, são
responsáveis por transmitir a força para a cabina realizando o movimento de
subida da mesma. Na Figura 17 tem-se um sistema telescópico do conjunto
cilindro pistão, na figura a encontra-se de forma compactada e na figura b de
forma expandida.
36
(a)Sistema encontra-se compactado
(b) Sistema encontra-se expandido
Figura 17 - Sistema de pistão tipo telescópio pra elevadores hidráulicos. Fonte: (Patente Nº US 191516 A, 1877)
A estrutura para a implantação de um elevador hidráulico é muito parecido
com o de um elevador movido a cabos, deve conter um poço, guias para guiar o
carro da cabina, pode-se fazer uso do contra peso mas não é obrigatório. Deve-
se utilizar os sistemas de freios de segurança tanto na cabina como no contra
peso. A NBR 267 aborda de forma rígida e detalhada todas as exigências
necessárias para pôr em funcionamento um elevador desse tipo, ela aborda em
detalhes como deve ser o poço e suas tolerâncias, como devem ser construídas
e instaladas as portas de cada pavimento, regulamenta o sistema de abrir e
fechar as portas dos pavimentos bem cômoda cabina.
Por isto essa norma é indispensável na construção, instalação e
manutenção de elevadores do tipo hidráulico, o engenheiro que trabalha com
esse tipo de elevador deve ter total conhecimento desta norma.
37
O esquema da Figura18, demonstra de forma esquemática como deve ser
o elevador tipo hidráulico montado com os seus principais componentes.
Figura 18 - Esquema de elevador hidráulico com cilindro único. Fonte: (ELETRICAL KNOWHOW, 2013)
A norma também estabelece que o fosso do elevador deve conter molas
para amortecer a parada da cabina no primeiro pavimento, em um elevador
desse tipo essas molas devem ser instaladas como demonstra a Figura 19.
Figura 19 - Molas de amortecimento no poço do elevador hidráulico. Fonte: (STANLEY ELEVATOR CO. INC., 2003)
38
Os sistemas de limitador de velocidade, freio de segurança, portas da
cabina entre outros são idênticos aos do elevador elétrico movido a cabo, de
maneira que serão detalhados a seguir.
5.3 Elevador de passageiros residencial elétrico a cabo:
Entre os elevadores residenciais, o mais utilizado hoje em dia são os
elétricos movido a cabo. Estes elevadores tornaram-se uma excelente escolha
para se ter em uma residência, devido à baixa utilização de energia, um baixo
ruído em funcionamento, e com as rígidas normas reguladoras tornou-se
extremamente seguro. Outro ponto vantajoso, e que em tempos onde o meio
ambiente deve ser levado em consideração, é que trabalham com pequenas
quantidades de fluídos lubrificantes.
Principais sistemas e componentes do elevador:
Máquina de tração;
Freio eletromagnético;
Limitador de velocidade;
Contrapeso;
Cabina;
Freios de segurança;
Para-choques;
Princípio de funcionamento:
Os elevadores movidos a cabos funcionam basicamente com um sistema
de cabos que são interligados entre a polia da máquina de tração e ao carro da
cabina, a NBR NM 207 – Elevadores elétricos de passageiros – Requisitos de
segurança para construção e instalação, é a norma que regi todas as exigências
a serem cumpridas na construção, instalação e manutenção desse tipo de
elevador.
A sua estrutura pode variar, de acordo com a necessidade do projeto,
como por exemplo a utilização de uma casa de máquina ou não. Sendo assim,
39
este trabalho irá limitar-se a um projeto básico utilizando casa de máquinas como
pode ser visto na Figura 19 (a). A Figura 20 (b) demonstra de forma simplificada
como funciona sem a casa de máquinas.
(a) Esquema de elevador com casa de máquinas
(b)Esquema de elevador sem casa de
máquinas
Figura 20 - Esquema de elevadores residenciais movidos a cabo. Fonte: (DIAS, 2016)
Segundo a (NBR 712, 2012), a máquina de tração deve conter
obrigatoriamente um freio eletromagnético, que será responsável pela frenagem
do carro da cabina em cada pavimento em que o usuário solicitar. A máquina de
tração (ver Figura 21) também contém uma polia que recebe os cabos para
transmitir a força motriz até o carro da cabina e uma caixa de engrenagem que
realiza a redução do giro do motor, para adequar a velocidade com a força motriz
desejada para garantir um funcionamento dentro do que foi projetado para o
sistema. Os diâmetros dos cabos, bem como a quantidade que serão usados
são pré-determinadas pela norma, de acordo com a necessidade de carga
nominal e velocidade de trabalho do carro da cabina.
40
Figura 21 - Máquinas de tração. Fonte: (FAGUNDES, 2016)
O sistema de contra peso deste equipamento deve ser realizado através
de cabos como pode ser visto na Figura 22, os cabos devem ser dimensionados
de acordo com o peso nominal de trabalho, o sistema deve contar com freios de
segurança e para-choques como estipulado na norma NBR NM 207.
10. Cabos de aço;
11. Roldanas equalizadoras;
41
13. Armação do cabo;
14. Separadores de cabo;
20. Cabina;
30. Contra peso;
40. Polia de tração.
Figura 22 - Sistema de cabos do contra peso. Fonte: (Patente Nº MU 8401951-4 U2, 2006)
A amarração do cabo deve ser realizada de forma segura, logo o esquema
da Figura 23 demonstra de forma clara como deve ser realizada esta amarração.
Figura 23 - Amarração de cabo de aço. Fonte: (Patente Nº MU 8401951-4 U2, 2006)
O sistema da cabina e contra peso funcionam sobre as guias de carro,
tais guias são determinadas de acordo com a NBR NM 196. A mesma determina
o material, os limites de resistência a torção, os comprimentos e tolerâncias das
42
guias. É muito importante que as normas sejam atendidas, falhas nas guias
podem danificar os componentes do sistema do carrinho da cabina e do
contrapeso. Também pode causar mal funcionamento dos sistemas de freio.
A conexão entre o carrinha da cabina e as guias são realizados por meio
do rolo das sapatas (ver Figura 25) que garantem um deslize sem atrito do
carrinho sobre as guias de aço, também tem a função de garantir o deslocamento
do mesmo sem grandes vibrações e solavancos permitindo apenas pequenas
variações em sentidos que não sejam na vertical.
Figura 24 - Guias em aço com perfil em T. Fonte: (JULIA METAIS, 2016)
Figura 25 - Sapata com rolos para guiar carrinho da cabina do elevador. Fonte: (NINGBO BEILUN KANGGIAN ELEVATOR PARTS CO., LTD., 2015)
43
Outro sistema interessante nos elevadores de passageiros é o
funcionamento das portas da cabina, a NBR 16042 determina como deve ser a
operação das portas que deverão conter mecanismos de detecção de
interrupção de fechamento das portas. Para que as portas sejam automáticas, é
necessário que exista um sistema que realize o abrir e fechar das portas, na
Figura 26 pode ser visto um exemplo de maquinário destes.
Figura 26 - Máquina operadora das portas do elevador. Fonte: (ELEVATOR CONSISTE, 2012)
Note que trata-se de um pequeno motor elétrico que fornece torque por
meio de engrenagens que por sua vez realiza a rotação das polias de tração,
transmitindo força aos carrinhos de movimentação das portas que correm ao
longo dos trilhos guias, fazendo com que abram ou fechem de acordo com o
sentido de rotação do motor. Os mecanismos de segurança de fechamento das
portas são instalados, de forma que se algum objeto interrompa o fechamento
ele é ativado e manda um sinal para o operador da porta fazendo com que o
motor interrompa o fechamento e inverta a sua função que realizarão a abertura
das mesmas.
44
Figura 27 - Sensores fotocélula detecta presença de objetos interrompendo o fechamento das portas do elevador.
Fonte: (ERDEN lift components, 2015)
O limitador de velocidade, como foi citado, é o equipamento que limita a
velocidade de descida da cabina do elevador. Neste tipo de elevador
normalmente o limitador encontra-se na casa de máquinas (Figura 28), podendo
ser instalado também acima da cabina.
45
Figura 28 - Esquema de instalação e funcionamento do limitador de velocidades. Fonte: (ATLAS SCHINDLER, 2016)
Existem alguns tipos de limitadores no mercado atualmente, onde o mais
utilizado pelos fabricantes de elevadores a cabo residencial é este que encontra-
se na Figura 29.
46
Figura 29 - Limitadores de velocidade para elevadores de passageiros residencial a cabo. Fonte: (SECTRON ELEVADORES, 2015)
O funcionamento do limitador que encontra-se a esquerda na Figura 28,
pode ser entendido melhor observando a Figura 30.
(a) Movimento 1 (Sistema destravado)
(b) Movimento 2 (Sistema destravado)
(c) Movimento 3 (sistema destravado)
(d) Movimento 4 (Sistema travado)
Figura 30 - Funcionamento do limitador de velocidade. Fonte: Adaptado de LIMA (2016)
47
A peça circular menor, no centro do equipamento gira simultaneamente
com a polia que é posta em contato com o cabo de aço, que transmite o
movimento do elevador para o limitador. A medida em que a polia gira, a peça
retangular com as bordas arredondadas de cor branca na Figura 30 (a) também
gira, forçando o braço em L, que contém uma roldana na extremidade, entra em
movimento. Nota-se que essa roldana movimenta-se transversalmente para
cima e para baixo a medida em que a peça branca gira, o braço em L está fixado
isto faz com que o mesmo realize um momento de rotação em torno do pino
fixador, desta forma a outra extremidade também realiza o mesmo movimento
que a extremidade que contém a roldana porém com sentido contrário.
Analisando as Figuras 30 (a), (b) e (c), é possível ver esses movimentos
que serão repetidos durante todo o funcionamento do elevador, desde que o
mesmo opere dentro da velocidade normal. Caso a velocidade ultrapasse a
nominal, o braço em L fará um movimento transversal levando a extremidade
que não contém a roldana a tocar a peça circular n centro do equipamento, como
mostrado na Figura 30 (d), percebesse que essa extremidade possui um engate
que encacha-se nas ranhuras da peça circular forçando movimento do braço em
L além do que ele opera normalmente. Isto faz com que o braço em L entre em
contato com o dispositivo elétrico que é acionado o que realiza o corte do
fornecimento de energia da máquina de tração paralisando assim o sistema.
O sistema opera com um tensor de cabo que fica localizado no fundo do
poço do elevador, esse dispositivo garantirá que o cabo do limitador de
velocidade esteja com a tensão adequada e em caso de rompimento do cabo
ele realiza o corte do fornecimento de energia para a máquina de tração,
consequentemente paralisando o sistema (Figura 31).
Figura 31 - Tensor de cabo do limitador de velocidade. Fonte: (SECTRON ELEVADORES, 2015)
48
Os freios de segurança destes tipos de elevadores também são
regulamentados pela NM 207, os mesmos devem ser capazes de parar o carro
da cabina com a carga nominal na velocidade de operação mesmo que os cabos
de sustentação sejam rompidos. Devem localizar-se na parte inferior da cabina,
e ser ativado pelo limitador de velocidade automaticamente.
“9.7.1.1 O carro deve ser provido de um freio de segurança capaz de operar somente no sentido de descida e capaz de parar o carro com a sua carga nominal, à velocidade de desarme do limitador de velocidade, mesmo se ocorrer ruptura dos elementos de suspensão, por meio de força de compressão nas guias, e de manter o carro preso nelas.”
(NM 207, 1999)
O sistema de freio de segurança mais tradicional (ver FIGURA 32)
consiste em duas caixas de freios cunha fixadas nas laterais do carrinho da
cabina, as caixas são interligadas por um mecanismo interligado por uma barra
de metal (ver FIGURA 33), esta barra garante que as duas caixas serão ativadas
ao mesmo tempo para que a cabina tenha uma frenagem nivelada e suave.
Figura 32 - Sistema de freio de segurança convencional. Fonte: (ELEVATEC elevadores e componentes, 2011)
49
Figura 33 - Barras de transmissão do sistema de freio de segurança. Fonte: (ELEVATEC elevadores e componentes, 2011)
O sistema conta com uma mola de retorno para o rearme do sistema, ela
é instalada no lado em que existe o amarrador do limitador (ver FIGURA 34) de
maneira que o sistema de freios é ativado pelo limitador de velocidades por um
único lado e o mecanismo visto na figura33 garante a ativação das duas caixas
ao mesmo tempo.
Figura 34 - Detalhe de montagem da mola de retorno sistema de freio de segurança. Fonte: (ELEVATEC elevadores e componentes, 2011)
50
As caixas de freio podem ser de dois tipos, o sistema de freio instantâneo
e o sistema progressivo. A NM 207 também regulamenta o tipo de freio ela
velocidade de funcionamento do elevador, onde deve-se utilizar freios
instantâneos para velocidades até 0,75 m/s e os progressivos para velocidades
até 1 m/s. Caso haja mais de um dispositivo de freio no elevador todos eles
deverão ser do tipo progressivo.
“9.7.2.1 O freio de segurança do carro deve ser do tipo progressivo se a velocidade nominal exceder 1 m/s. Ele pode ser: a) do tipo instantâneo com efeito amortecido se a velocidade nominal não exceder 1 m/s; b) do tipo instantâneo se a velocidade nominal não exceder 0,75 m/s. 9.7.2.2 Se o carro possuir vários freios de segurança, eles devem ser todos do tipo progressivo. 9.7.2.3 Se a velocidade nominal exceder 1 m/s, o freio de segurança do contrapeso (se existir) deve ser do tipo progressivo e, caso contrário, ele pode ser do tipo instantâneo.”
(NM 207, 1999)
Na Figura 35, é possível ver os dois sistemas de freios em vistas
explodidas, nota-se que a diferença física entre eles é muito pequena, porém
garantem um funcionamento bastante diferentes na prática.
(a) Freio instantâneo
(b) Freio progressivo
Figura 35 - Cunhas de freio tipo instantâneo e progressivo. Fonte: (ELEVATEC elevadores e componentes, 2011)
51
Outros sistemas de freios são utilizados no mercado, na Tabela 2, pode-
se ver quatro sistemas distintos que estão disponibilizados para serem
comprados pela internet.
Tabela 2 - Outros sistemas de freio de segurança.
l
Fonte: Adaptado de Lima (2016)
Vale salientar que a NM 207 proíbe qualquer dispositivo de acionamento
de freios que sejam elétricos, hidráulicos ou pneumáticos.
“9.7.3.2 É proibido o acionamento de freios de segurança por dispositivos elétricos, hidráulicos ou pneumáticos.”
(NM 207, 1999)
Por último, temos o poço do elevador (ver Tabela 3), deve obedecer o que
regi a NM 207 contendo para choques e molas para o carro da cabina e do contra
peso, tensionador do cabo do limitador de velocidade. O uso deste local deve
ser exclusivo para a operação do elevador, é proibido utilizá-lo para
armazenagem de materiais diversos, o poço deve contar com uma escada do
tipo marinheiro para facilitar o acesso do técnico quando for necessário realizar
manutenções de rotina, também deve possuir iluminação adequada e tomada de
52
energia. Note que outros componentes devem constar no poço do elevador (ver
Tabela 2).
Tabela 3: Lista de componentes do foço do elevador.
Fonte: (CREL Elevadores, 2015)
53
6 ELEVADORES ESPECIAIS
Alguns elevadores são de uso específico, este trabalho irá limitar-se em apenas citar algumas características e exemplificar casos onde costuma-se ser aplicados. São eles:
Elevadores de escada;
Elevadores de maca;
Elevadores monta-cargas;
Elevadores de acessibilidade.
6.1 Elevador de escada:
Os elevadores de escada (ver Figura 36) são mais tradicionais nos
Estados Unidos da América e na Europa, foram desenvolvidos para serem uma
solução na vida de idosos e cadeirantes que moravam em casas que possuem
um primeiro andar e não disponibiliza de espaço para a implantação de um
elevador convencional.
Figura 36 - Elevador tipo escada. (SAVÁRIA, 2014)
Este elevador transporta apenas um passageiro por vez, é instalado nas
escadas da residência e o percurso em que determina o seu deslocamento é o
da própria escada, geralmente segue o caminho do corrimão.
54
Seus principais componentes são o trilho, a máquina de tração e a
cadeira. O trilho (ver Tabela 4) é uma guia contendo uma cremalheira, são
dispostos em peças de geralmente 3 metros e que podem ser encaixados de
acordo com a necessidade do projeto, internamente corre a fiação que alimenta
a máquina de tração.
Tabela 4: Detalhes do trilho do elevador tipo escada.
Fonte: (SAVÁRIA, 2014)
Já a máquina de tração, conta com o motor (ver Figura 37), freio
eletromagnético e um sistema de segurança que é acionado pelo apoio de pés,
guando o apoio está erguido o motor não recebe energia.
Figura 37 - Máquina de tração e sistema de segurança no apoio de pé. Fonte: (SAVÁRIA, 2014)
55
É um equipamento de custo relativamente baixo comparado com os
outros equipamentos em que já foi mencionado no trabalho, tem um
funcionamento lento e pouco prático na visão estética, devido a cadeira ficar
permanentemente amostra no ambiente.
6.2 Elevador de maca:
Os elevadores de macas (ver Figura 38), são utilizados em sua grande maioria de vezes em hospitais e clínicas, sua principal empregabilidade é na elevação de pacientes que encontra-se com a necessidade de manter-se deitados e uma maca. São pessoas que realizaram algum procedimento cirúrgico ou encontram-se debilitados. Desta forma tense a necessidade de que estes elevadores operem de maneira “delicada” evitando trancos e balanços.
Figura 38 - Elevador de maca.
Fonte: (WITTUR, 2015)
A norma técnica que regulamenta a sua instalação, construção e manutenção, é a NBR NM14.712, nela é possível verificar todas as exigências necessárias para garantir a segurança e uma boa operação destes equipamentos.
Esses elevadores normalmente são movidos por sistemas de cabos, logo assemelham-se bastante aos elevadores de cabo. A sua grande diferença é o tamanho da cabina, pois há a necessidade de que uma maca entre e disponibilize espaço suficiente para que uma equipe de profissionais ocupe o paciente, assim as portas são normalmente mais largas para facilitar a entrada e saída da maca e podem ser posicionadas de duas formas (ver Figura 39), porta de entrada única ou porta de entradas opostas.
56
Figura 39 - Tipos de portas para elevadores de maca.
Fonte: (ATLAS SCHINDLER, 2016)
6.3 Elevador Monta-cargas
Elevadores de monta-carga, são elevadores de serviços, a NBR14.712
regulamenta estes elevadores e proíbe que sejam utilizados para transporte de
pessoas. Esses equipamentos podem ser de pequeno porte para transporte de
pequenos volumes como por exemplo o uso em restaurantes para transportar
pratos (ver Figura 40), e também podem serem utilizados para cargas mais
pesadas como em galpões utilizando para elevar o estoque da empresa (ver
Figura 41).
Figura 40 - Elevador monta carga para restaurante. Fonte: (HONIX elevadores, 2014)
57
Figura 41 - Elevador monta carga para elevação do estoque. Fonte: (VILLAGE ELEVADORES, 2016)
Esses elevadores têm uma vasta aplicabilidade, atendendo diversos
ramos do mercado.
6.4 Elevador de acessibilidade
Os elevadores de acessibilidade vêm conquistado um grande espaço no
mercado, eles são encontrados hoje praticamente em todos os lugares públicos
como restaurantes, clínicas, órgãos públicos e lojas. Surgiram de uma
necessidade normalmente exigida por idosos e cadeirantes, mas são utilizados
por qualquer pessoa que encontra-se com dificuldades de locomover-se por
diferentes níveis de altura.
A NBR NM 313 é a responsável por regulamentar todos os critérios de
segurança para a instalação e funcionamento desses elevadores, além desta
norma todas as normas da ABNT regulamentam a acessibilidade necessária
para que o usuário possa utilizá-los.
A estrutura destes elevadores tem uma peculiaridade em relação aos
demais tipos de elevadores, isso se dá pelo fato deles serrem projetados caso a
caso, ou seja, não existe um modelo a ser seguido, o projeto estrutural é
determinado pelo espaço e limitações que o local de instalação exige. Desta
forma, torna-se ainda mais importante que as normas sejam seguidas para que
a segurança dos passageiros seja garantida.
As Figuras 42, 43, 44 e45exemplificam as diferentes situações e
modelos que podem ser encontradas na construção desses elevadores.
58
Figura 42 - Elevador de acessibilidade 1. Fonte: (EM ELEVADORES , 2016)
Figura 43 - Elevador de acessibilidade 2. Fonte: (ENGETAX ELEVADORES , 2016)
Figura 44 - Elevador de acessibilidade 3. Fonte: (SOLUÇÕES INDUSTRIAIS, 2014)
Figura 45 - Elevador de acessibilidade 4. Fonte: (RIGMA Elevadores, 2015)
59
7 PROJETO DE UM ELEVADOR COM CAPACIDADE PARA QUATRO PASSAGEIROS EM UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL CONTENDO QUATRO PAVIMENTOS.
7.1 Situação problema:
O edifício onde o projeto deve ser desenvolvido, apresenta a seguinte projeto arquitetônico (ver Figura 46).
60
61
Figura 46: Planta original do edifício. Fonte: (LIMA, 2016)
As alterações e construções necessárias para a implantação do projeto
deve seguir as seguintes modificações (ver Figura 47).
Figura 47: Planta do edifício com inclusão do elevador em vermelho.
62
Fonte: (LIMA, 2016)
7.2 Cabina
Segundo a NBR NM 207, a cabina de um elevador para quatro
passageiros deve atender uma área útil mínima de 0,79 m2 (ver FIGURA 48) ou
o a fórmula da carga nominal/75, o que for o menor valor. A altura interna da
cabina deve ter 2,10 m no mínimo.
Figura 48: Tabela que determina área útil da cabina.
Fonte: (NM 207, 1999)
Devido o espaço disponível para o seguinte caso, pode-se desenvolver
uma cabina com 1,68 m2 (ver Figura 49) atendendo assim a norma.
63
Figura 49: Cabina modelada no SOLIDWORKS
(LIMA, 2016)
Segundo (NM 207, 1999)o guarda corpo de proteção sobre a
cabina possui uma altura de 0,90 m contendo uma barra divisória a 0,10
m da sua parte inferior e uma segunda barra no espaço médio (ver
FIGURA 50).
Figura 50: Guarda corpo no teto da cabina.
Fonte: (LIMA, 2016)
7.3 Máquina de tração:
Para um elevador do tipo cremalheira, a máquina de tração (ver FIGURA
51) do elevador deve conter um freio eletromagnético, uma caixa de redução
para adequar a velocidade de deslocamento do carro da cabina e um eixo pinhão
para conectar-se a cremalheira, deve ser fixado na parte superior da cabina (ver
FIGURA 52).
64
12.4.1.2 O sistema de freada deve ter obrigatoriamente um freio eletromecânico atuando por atrito, mas pode, além deste, ter outro meio de freada (por exemplo, elétrico).”
(NM 207, 1999)
Figura 51: Máquina de tração (motor, caixa de redução e freio eletromagnético).
Fonte: (LIMA, 2016)
Figura 52: Maquina de tração fixada sobre o teto da cabina.
Fonte: (LIMA, 2016)
7.4 Limitador de velocidade e freio de segurança:
65
O limitador de velocidade e freio de segurança deste tipo de elevador
são integrados em uma única peça (ver FIGURA 53) e deve ser instalado sob a
cabina fixado no carro da cabina.
“12.4.1.1 O elevador deve possuir um sistema defreada que opere automaticamente: a) caso haja queda da fonte de energia principal; b) caso haja queda da fonte de energia dos circuitos de controle.”
(NM 207, 1999)
Figura 53: Freio de segurança e limitador de velocidade. Fonte: (LIMA, 2016)
O sistema de elevador deve contar com um freio automático
sobressalente do freio eletromagnético. Deve haver um dispositivo de segurança
e limitador de velocidade individual para cada carro (cabina e contra peso) como
pode se ver na figura 52.
66
Figura 54: Limitadores de velocidade e freios de segurança em vermelho. Fonte: (LIMA, 2016)
7.5 Contrapeso:
O carro de contrapeso deve está a uma distância mínima de 0,03m do
carro da cabina e 0,02m da parede que compõem a caixa.
“11.3 Distância horizontal entre carro e contrapeso às paredes da caixa 11.3.1 A distância horizontal entre o carro e paredes da caixa, exceto como referido em 11.2, deve ser no mínimo 0,03 m. 11.3.2 A distância horizontal entre o contrapeso e paredes da caixa deve ser no mínimo 0,02 m.”
(NM 207, 1999)
67
Figura 55: Espaçamentos entre parede e contrapeso.
Fonte: (LIMA, 2016)
O contra peso deve dispor de um sistema de limitador de velocidade e
freio de segurança independente o sistema da cabina, e caso seja acionado
desligue a máquina de tração.
O sistema de carro do contra peso é interligado com as guias através roletes (ver figura 56), com duplo rolamento.
Figura 56: Rolete e rolamento rígido de esferas..
Fonte: (LIMA, 2016)
O Sistema de contrapeso deve ser interligado com a cabina a través do
Sistema de polias (ver figura 57) e cabos para realizar a transmissão de
movimento simultâneo entre eles.
68
Figura 57: Polias do sistema detração do contra peso.
Fonte: (LIMA, 2016)
7.6 Projeto 3D final:
Ao fim do projeto foi obtido a imagem em 3D (ver FIGURA 58).
Figura 58: Projeto finalizado.
Fonte: (LIMA, 2016)
8 CONCLUSÃO
Ao término deste trabalho observou-se que ganho de conhecimento
teórico sobre a evolução dos elevadores de maneira que foi possível perceber
que existem diversos tipos de elevadores que podem ser aplicados em inúmeras
69
situações distintas em muitas vezes um caso específico pode se utilizar mais de
um tipo de elevador para suprir a necessidade, além disso pode-se vê que ABNT
desenvolveu normas específicas para cada tipo de equipamento voltada
principalmente para garantir a segurança de passageiros e operadores.
Entre os elevadores pesquisados destacou-se os elevadores a cabo e
cremalheira onde a pesquisa foi realizado com maior ênfase nos dois elevadores
citados, em seus sistemas de limitadores de velocidades e freios de segurança,
falando detalhadamente sobre atuação desses sistemas.
O desenvolvimento do projeto foi possível perceber a dificuldade de
desenvolver algo desta natureza, por ter diversos problemas como difícil acesso
aos dados técnicos pelo fabricante, dificuldade em operação com soft na
utilização de ferramentas mais avançados bem como a adequação dos
parâmetros geométricos para o perfeito desenvolvimento dos desenhos por
trata-se de equipamentos de precisão.
Concluindo o projeto em um sistema 3D atendendo todos as normas
regulamentadoras, entretanto ainda não foi desenvolvido o memorial de cálculos
e o sistema de automação dos elevadores visto que houve a necessidade de um
longo período de pesquisa das etapas relatadas e concluídas.
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Anexo I
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