Nota: Se procura os elevadores sobre carris que sobem uma ladeira, veja Funicular.
Um elevador ou ascensor é um equipamento de transporte utilizado para mover bens ou pessoas verticalmente ou diagonalmente. É considerado o meio de transporte mais seguro que existe. Segundo o jornal LA Times, a chance de um acidente fatal no elevador é de 0,00000015% por viagem.
O primeiro elevador foi construído em Roma no século I a.C., por um engenheiro chamado Vitrúbia. Neste mesmo modelo de elevador, o mecanismo era um sistema de transporte de carga vertical composto por um conjunto de roldanas movidas por força humana (muitas vezes escrava), animal, ou água.
Em 1853, o americanoElisha Graves Otis concebe o dispositivo de segurança que entra em ação no caso de os cabos se romperem.
O primeiro elevador elétrico foi construído pelo alemãoWerner von Siemens em 1880, sendo o Savoy Hotel o primeiro a possuir tal equipamento.
No Brasil, o elevador mais antigo da cidade do Rio de Janeiro, no Castelo Mourisco, encontra-se na FIOCRUZ (Fundação Osvaldo Cruz).
História
Era pré-industrial
Projeto de elevador pelo engenheiro alemão Konrad Kyeser (1405)
A primeira referência conhecida a um elevador está nas obras do arquiteto romano Vitrúvio, que relatou que Arquimedes (c.287 a.C. – c.212 a.C.) construiu seu primeiro elevador provavelmente em 236 a.C. Fontes de períodos posteriores mencionam elevadores como cabines em uma corda de cânhamo, movidos por pessoas ou animais.
O Coliseu romano, concluído em 80 d.C., tinha aproximadamente 25 elevadores que eram usados para elevar animais até o piso. Cada elevador podia transportar cerca de 600 libras (270kg) (aproximadamente o peso de dois leões) 23 pés (7,0m) para cima quando acionado por até oito homens. Em 1000, o Livro dos Segredos de Ibn Khalaf al-Muradi na Espanha islâmica descreveu o uso de um dispositivo elevador semelhante ao elevador para elevar um grande aríete para destruir uma fortaleza.
No século XVII, protótipos de elevadores foram instalados nos edifícios palacianos da Inglaterra e França. Luís XV da França mandou construir uma chamada 'cadeira voadora' para uma de suas amantes no Palácio de Versalhes em 1743.
Os elevadores antigos e medievais usavam sistemas de tração baseados em guinchos e cabrestantes. A invenção de um sistema baseado no acionamento por parafuso foi talvez o passo mais importante na tecnologia de elevadores desde os tempos antigos, levando à criação dos elevadores de passageiros modernos. O primeiro elevador com acionamento por parafuso foi construído por Ivan Kulibin e instalado no Palácio de Inverno em 1793, embora possa ter havido um projeto anterior de Leonardo da Vinci. Vários anos depois, outro elevador de Kulibin foi instalado no Arkhangelskoye perto de Moscou.
Era Industrial
O desenvolvimento dos elevadores foi impulsionado pela necessidade de movimentação de matérias-primas, incluindo carvão e madeira, de encostas. A tecnologia desenvolvida por essas indústrias, e a introdução da construção com vigas de aço, trabalharam juntas para fornecer os elevadores de passageiros e carga em uso hoje. Começando nas minas de carvão, os elevadores em meados do século XIX operavam com energia a vapor, e eram usados para movimentar mercadorias a granel em minas e fábricas. Esses dispositivos logo foram aplicados a um conjunto diverso de propósitos. Em 1823, Burton e Homer, dois arquitetos em Londres, construíram e operaram uma atração turística inovadora que chamaram de "sala ascendente", que elevava clientes a uma altura considerável no centro de Londres, proporcionando uma vista panorâmica.
Os primeiros elevadores a vapor, primitivos, foram refinados na década seguinte. Em 1835, um elevador inovador, o Teagle, foi desenvolvido pela empresa Frost and Stutt na Inglaterra. Era acionado por correias e usava um contrapeso para capacidade adicional de elevação.
Em 1845, o arquiteto napolitano Gaetano Genovese instalou a "Cadeira voadora", um elevador à frente de seu tempo no Palácio Real de Caserta. Era revestido com madeira de castanheiro por fora e com madeira de bordo por dentro. Incluía uma luz, dois bancos e um sinal operado manualmente, e podia ser ativado de fora, sem qualquer esforço dos ocupantes. A tração era controlada por um mecanismo motorizado utilizando um sistema de rodas dentadas. Um sistema de segurança foi projetado para entrar em ação se as cordas se rompessem, consistindo de uma viga empurrada para fora por uma mola de aço.
O guindaste hidráulico foi inventado por Sir William Armstrong em 1846, principalmente para uso nas docas de Tyneside para carregar carga. Eles rapidamente suplantaram os elevadores a vapor anteriores, explorando a lei de Pascal para fornecer muito mais força. Uma bomba de água fornecia um nível variável de pressão da água a um êmbolo encerrado dentro de um cilindro vertical, permitindo que a plataforma, carregando uma carga pesada, fosse elevada e abaixada. Contrapesos e balanças também foram usados para aumentar o poder de elevação.
Henry Waterman de Nova York é creditado com a invenção do "controle de corda em pé" para um elevador em 1850.
Em 1852, Elisha Otis introduziu o elevador de segurança, que impedia a queda da cabine se o cabo se rompesse. Ele o demonstrou na exposição de Nova York no Palácio de Cristal em uma apresentação dramática e desafiadora da morte em 1854, e o primeiro elevador de passageiros desse tipo foi instalado no 488 Broadway na Cidade de Nova York em 23 de março de 1857.
O primeiro poço de elevador precedeu o primeiro elevador em quatro anos. A construção do edifício da Fundação Cooper Union de Peter Cooper em Nova York começou em 1853. Um poço de elevador foi incluído no projeto porque Cooper estava confiante de que um elevador de passageiros seguro logo seria inventado. O poço era cilíndrico porque Cooper pensava que era o projeto mais eficiente. Otis posteriormente projetou um elevador especial para o edifício.
Peter Ellis, um arquiteto inglês, instalou os primeiros elevadores que poderiam ser descritos como elevadores paternoster nas Oriel Chambers em Liverpool em 1868.
O Edifício Equitable Life, concluído em 1870 na Cidade de Nova York, é considerado o primeiro edifício de escritórios com elevadores de passageiros.
Em 1872, o inventor americano James Wayland patenteou um método inovador de proteger poços de elevador com portas que são automaticamente abertas e fechadas quando o carro do elevador se aproxima e se afasta delas.
Em 1874, J. W. Meaker patenteou um método permitindo que as portas do elevador abrissem e fechassem com segurança.
O primeiro elevador elétrico foi construído por Werner von Siemens em 1880 na Alemanha. O inventor Anton Freissler desenvolveu ainda mais as ideias de von Siemens e criou um empreendimento de elevadores bem-sucedido no Império Austro-Húngaro. A segurança e velocidade dos elevadores elétricos foram significativamente aprimoradas por Frank Sprague, que adicionou controle de andar, operação automática, controle de aceleração e dispositivos de segurança adicionais. Seu elevador funcionava mais rápido e com cargas maiores do que os elevadores hidráulicos ou a vapor. 584 elevadores de Sprague foram instalados antes de ele vender sua empresa para a Otis Elevator Company em 1895. Sprague também desenvolveu a ideia e tecnologia para múltiplos elevadores em um único poço.
Em 1871, quando a energia hidráulica era uma tecnologia bem estabelecida, Edward B. Ellington fundou a Wharves and Warehouses Steam Power and Hydraulic Pressure Company, que se tornou a London Hydraulic Power Company em 1883. Ela construiu uma rede de condutas de alta pressão em ambos os lados do Tâmisa que se estendeu por 184 milhas (296km) e alimentou cerca de 8.000 máquinas, predominantemente elevadores e guindastes.
Schuyler Wheeler patenteou seu projeto de elevador elétrico em 1883.
Em 1884, o inventor americano D. Humphreys de Norfolk, Virginia, patenteou um elevador com portas automáticas que fechavam o poço do elevador quando o carro não estava sendo usado para entrar ou sair. Em 1887, o inventor americano Alexander Miles de Duluth, Minnesota, patenteou um elevador com portas automáticas que fechavam o poço do elevador quando o carro não estava sendo usado para entrar ou sair.
Em 1891, os inventores americanos Joseph Kelly e William L. Woods co-patentearam uma maneira inovadora de proteger poços de elevador contra acidentes, por meio de escotilhas que se abririam e fechariam automaticamente conforme o carro passasse por elas.
O primeiro elevador na Índia foi instalado na Casa do Governo em Calcutá pela Otis em 1892.
Por volta de 1900, elevadores completamente automatizados estavam disponíveis, mas os passageiros relutavam em usá-los. Sua adoção foi auxiliada por uma greve de operadores de elevador em Nova York em 1945, e a adição de um botão de parada de emergência, telefone de emergência e uma voz automatizada explicativa e tranquilizadora.
Em 2000, o primeiro elevador a vácuo foi oferecido comercialmente na Argentina.
Cálculos de tráfego
Cálculos de tempo de ida e volta
História
Em 1901, o engenheiro consultor Charles G. Darrach (1846–1927) propôs a primeira fórmula para determinar o serviço de elevador.
Em 1908, Reginald P. Bolton publicou o primeiro livro dedicado a esse assunto, Elevator Service. O resumo de seu trabalho foi um enorme gráfico desdobrável (colocado na parte de trás de seu livro) que permitia aos usuários determinar o número de elevadores expressos e locais necessários para que um determinado edifício atendesse a um intervalo de serviço desejado.
Em 1912, o engenheiro comercial Edmund F. Tweedy e o engenheiro elétrico Arthur Williams foram co-autores de um livro intitulado Engenharia Comercial para Estações Centrais. Ele seguiu o exemplo de Bolton e desenvolveu um "Gráfico para determinar o número e o tamanho dos elevadores necessários para edifícios de escritórios de uma determinada área total ocupada".
Em 1920, Howard B. Cook apresentou um artigo intitulado "Serviço de Elevador de Passageiros". Este artigo marcou a primeira vez que um membro da indústria de elevadores ofereceu um meio matemático de determinar o serviço de elevador. Sua fórmula determinou o tempo de ida e volta (RTT) encontrando o tempo de viagem única, dobrando-o e adicionando 10 segundos.
Em 1923, Bassett Jones publicou um artigo intitulado "O número provável de paradas feitas por um elevador". Ele baseou suas equações na teoria das probabilidades e encontrou um método razoavelmente preciso de calcular a contagem média de paradas. A equação neste artigo assumiu uma população consistente em todos os andares.
Ele passou a escrever uma versão atualizada de suas equações em 1926, que contabilizava a população variável em cada andar. Jones creditou David Lindquist pelo desenvolvimento da equação, mas não fornece nenhuma indicação de quando ela foi proposta pela primeira vez.
Embora as equações estivessem lá, a análise do tráfego do elevador ainda era uma tarefa muito especializada que só poderia ser feita por especialistas mundiais. Isso foi até 1967, quando Strakosch escreveu um método de oito etapas para encontrar a eficiência de um sistema em "Transporte vertical: elevadores e escadas rolantes".
Cálculos de pico
Em 1975, Barney e Dos Santos desenvolveram e publicaram a "fórmula Round Trip Time (RTT)", que seguiu o trabalho de Strakosch. Este foi o primeiro modelo matemático formulado e é a forma mais simples que ainda é usada pelos analisadores de tráfego hoje.
Modificações e melhorias foram feitas nesta equação ao longo dos anos, mais significativamente em 2000, quando Peters publicou "Melhorias no cálculo do tempo de ida e volta do pico" que melhorou a precisão do cálculo do tempo de voo, fazendo concessões para viagens curtas de elevador quando o carro não atinge a velocidade nominal máxima ou aceleração, e adicionou a funcionalidade de zonas expressas. Esta equação é agora referida como o "Cálculo do Pico de Subida" uma vez que utiliza o pressuposto de que todos os passageiros entram no edifício a partir do rés-do-chão (tráfego de entrada) e que não há passageiros a viajar de um piso superior para o rés-do-chão (tráfego de saída) e nenhum passageiro a viajar de um piso interno para outro (tráfego entre pisos). Este modelo funciona bem se um edifício estiver mais movimentado logo pela manhã; No entanto, em sistemas de elevadores mais complicados, esse modelo não funciona.
Análise geral
Em 1990, Peters publicou um artigo intitulado "Lift Traffic Analysis: Formulae for the General Case" no qual ele desenvolveu uma nova fórmula que explicaria os padrões de tráfego mistos, bem como o agrupamento de passageiros usando a aproximação de Poisson. Esta nova equação de Análise Geral permitiu que sistemas muito mais complexos fossem analisados, no entanto, as equações agora se tornaram tão complexas que era quase impossível fazer manualmente e tornou-se necessário usar software para executar os cálculos. A fórmula GA foi estendida ainda mais em 1996 para levar em conta os elevadores de dois andares.
Simulações
Os cálculos RTT estabelecem a capacidade de manuseio de um sistema de elevador usando um conjunto de cálculos repetíveis que, para um determinado conjunto de entradas, sempre produzem a mesma resposta. Funciona bem para sistemas simples; Mas, à medida que os sistemas se tornam mais complexos, os cálculos são mais difíceis de desenvolver e implementar. Para sistemas muito complexos, a solução é simular o edifício.
Simulação baseada em despachante
Nesse método, uma versão virtual de um edifício é criada em um computador, modelando passageiros e elevadores da forma mais realista possível, e números aleatórios são usados para modelar a probabilidade em vez de equações matemáticas e probabilidade percentual. A simulação baseada em despachante teve grandes melhorias ao longo dos anos, mas o princípio permanece o mesmo. O simulador mais usado, Elevate, foi apresentado pela primeira vez em 1998 como Elevate Lite.
Embora seja atualmente o método mais preciso de modelagem de um sistema de elevador, o método tem desvantagens. Ao contrário dos cálculos, ele não encontra um valor RTT porque não executa viagens de ida e volta padrão; portanto, não está em conformidade com a metodologia padronizada de análise de tráfego de elevador e não pode ser usado para encontrar valores como intervalo médio; em vez disso, geralmente é usado para encontrar o tempo médio de espera.
Simulação de Monte Carlo
No primeiro simpósio de elevadores e escadas rolantes em 2011, Al-Sharif propôs uma forma alternativa de simulação que modelava a única viagem de ida e volta de um carro antes de reiniciar e rodar novamente. Este método ainda é capaz de modelar sistemas complexos e também está em conformidade com a metodologia padrão, produzindo um valor RTT. O modelo foi aprimorado ainda mais em 2018, quando Al-Sharif demonstrou uma maneira de reintroduzir uma função semelhante ao despachante que pode modelar sistemas de controle de destino.
Embora isso remova com sucesso a principal desvantagem da simulação, não é tão preciso quanto as simulações baseadas em despachantes, devido às suas simplificações e natureza não contínua. O método de Monte Carlo também requer a contagem de passageiros como entrada, em vez de passageiros por segundo, em outras metodologias.
Elementos de um elevador
De modo geral, um elevador comum é composto por 6 elementos básicos. São eles:
Casa de máquinas — Local onde são instalados os componentes e os equipamentos necessários ao funcionamento do elevador (máquina de tração, limitador de velocidade, e quadro de comando). Na maioria das vezes, a casa de máquinas quase sempre é construída na parte superior do edifício (o terraço, situado após o último andar). Com os avanços tecnológicos, existem alguns modelos mais modernos de elevador que dispensam a presença da casa de máquinas; nesses mesmos modelos, o motor fica apoiado nas guias (trilhos do elevador), e o quadro de comando é embutido ao lado da porta do primeiro ou do último pavimento (dependendo do fabricante);
Cabine – Compartimento onde ficam as pessoas ou a carga a ser transportada. No seu interior, quase sempre é informada a lotação máxima (número máximo de passageiros) ou o peso total (carga máxima permitida);
Contrapeso — Componente fundamental do sistema, o qual permite que a carga na cabine seja transportada e balanceada utilizando menos energia na operação; além de permitir o equilíbrio das cargas distribuídas por todo o equipamento, o contrapeso tem a função de reduzir a força necessária para se elevar a cabine, bem como proporcionar uma certa desaceleração da velocidade do elevador durante a descida. O contrapeso, para ser dimensionado corretamente, deve ter um peso correspondente a, no mínimo, 40% do peso da cabine e da capacidade máxima do elevador. Se, por exemplo, um elevador cheio (com a cabine totalmente lotada) pesar 1.000kg, o contrapeso deverá pesar 400kg;
Caixa ou caixa de corrida — Parte da edificação na qual a cabine se move (subindo ou descendo);
Patamar ou pavimento — Local para entrada ou saída de carga da cabine (ou para entrada e saída de passageiros);
Poço — Parte inferior da caixa de corrida onde ficam instalados dispositivos de segurança (pára–choques), para proteção de limite de percurso do elevador. Curiosamente, o poço do elevador foi inventado 4 anos antes do primeiro elevador, na Cooper Union Foundation, de Peter Cooper. Tinha um formato cilíndrico, pois pensava-se ser o formato mais efetivo, e demorou até receber um elevador, pois os primeiros eram todos quadrados.
Campainha — dispositivo com componentes luminosos e sonoros que servem para avisar quando o elevador chega em um determinado pavimento de um edifício. Existem vários tipos de campainha de elevador. Os primeiros modelos eram eletromecânicos, pois eram providos de setas com lâmpadas e uma pequena campainha metálica (conhecida como gongo). Quando o elevador chegava, um sinal elétrico era mandado para uma bobina eletromagnética que, por sua vez, acionava um solenoide contendo uma haste metálica. Esta mesma haste tocava o gongo, produzindo um som característico. Ao mesmo tempo, uma lâmpada se acendia e iluminava uma seta indicadora do sentido de movimento (de subida ou de descida) do elevador. As atuais campainhas de elevador têm o som gerado por circuitos eletrônicos ou digitais, os quais são de melhor qualidade em relação aos antigos sistemas eletromecânicos.
«Quadro de Comando». - O quadro de comando gerencia todo o sistema do elevador, processando informações e controlando a resposta de todos os comandos, como estratégia de tráfego, velocidade e precisão nas paradas. Sua lógica pode ser operada através de relés ou circuitos eletrônicos com lógica digital.
«Cabo de Tração». - O cabo de tração é um componente mecânico feito a partir de fios de arame torcidos formando as pernas do cabo, que por sua vez são entrelaçados no entorno de uma corda, chamada de alma do cabo, a qual tem a função de dar flexibilidade ao cabo, dar sustentação às pernas e armazenar a lubrificação. Sua resistência para trabalhar sob tração é incrivelmente alta.
«Limitador de Velocidade». - Dispositivo de segurança, constituído basicamente de mecanismo de disparo centrífugo, polias, cabo de aço e interruptor. Quando a velocidade de descida do carro ultrapassar a velocidade nominal de um limite pré-determinado, o limitador de velocidade deverá desligar o motor do elevador e acionar mecanicamente o freio de segurança. O cabo do limitador de velocidade, vinculado ao carro, movimenta o limitador de velocidade e aciona mecanicamente o freio de segurança.
Utilização de espelhos
Embora não seja obrigatório, a utilização de espelhos em elevadores tem 4 principais motivos principais:
Acessibilidade - o tamanho do elevador pode significar que não há espaço para um usuário de cadeira de rodas girar dentro dele. Com isso, o espelho serve para que o cadeirante consiga se locomover para fora do elevador sema ajuda de ninguem e sem precisar virar a cadeira.
Reduzir a sensação de claustrofobia - O espelho acrescenta uma sensação de mais espaço a um elevador, fazendo com que ele pareça menos apertado e pequeno, ajudando a evitar a sensação de estar preso.
Distração aos passageiros
Sensação de segurança - Com o espelho, a pessoa pode ver o que todo mundo está fazendo no elevador, desempenhando um papel importante na detecção de roubos e até na previsão de um assalto.
Nos hospitais, porém, não existe espelho nos elevadores. Por ser um local onde muitas pessoas estão tristes, o elevador não ajuda a melhorar o humor da pessoa. Pelo contrário. E com pacientes conscientes a mesma coisa, já que, em muitos casos, eles entram no elevador com uma cadeira de rodas ou muletas e em macas.
Tipos especiais
Elevador a vácuo — Equipamento usado em escritórios, clínicas, casas e, normalmente em apartamentos "duplex". Atende até 3 andares, é econômico, seguro e prático;
Plataforma elevatória — Elevador formado por uma placa sem paredes, onde podem se colocar cargas para transportar entre diferentes níveis (normalmente em uma oficina);
Elevador de cozinha — Pequeno elevador que liga a cozinha ao refeitório, quando estes se situam a níveis diferentes, para transportar utensílios culinários (ou comida pronta a servir);
Elevador hidráulico — Movido por um pistão hidráulico, dispensa o contrapeso e se destaca por ser mais suave (e silencioso); porém, os modelos tradicionais são de até 3 andares.
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