CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLÓGICO INDUSTRIAL Y DE SERVICIOS No. 11 FISICA II PROYECTO INTERDISCIPLINARIO: ELEVADOR HIDRAULICO PROFESORA: IVONE VIDAL EQUIPO 10: ASTORGA PARDO FRANCIA BALDERRAMA MOLINA EDUARDO PARRA MOROYOQUI NORA SALAZAR YEE DANEIRY 5° “A” ADMINISTRACION DE R.H. SEMESTRE AGOSTO 15 - ENERO 16 ÍNDICE ELEVADOR HIDRÁULICO Introducción……………………………………………………………………..…3 MARCO TEÓRICO Antecedentes………………………………………………………………………4 DESARROLLO ¿Qué es un elevador hidráulico?...................................................................7 Principio Pascal……………………………………………………..……………11 Elementos básicos de un elevador hidráulico ……………………………….12 Pistón hidráulico …………………………………………………………………13 Funcionamiento por impulsión directa (o tracción directa)……………….…14 Funcionamiento por impulsión diferencial (o tracción indirecta)……………15 Funcionamiento de subida y bajada…………………………………………...16 Tipos de elevadores hidráulicos………………………………………………..18 Aplicaciones del elevador hidráulico ………………………………………….18 Diferencias entre ascensores eléctricos y ascensores hidráulicos…………19 Ventajas de un ascensor hidráulico……………………………………………21 Seguridad de los ascensores hidráulicos …………………………………….23 Medidas de seguridad de los elevadores hidráulicos………………………..26 Motores eléctricos sumergibles para ascensores hidráulicos………………30 Mantenimiento de un ascensor hidráulico: Recomendaciones……………31 Investigación de campo: Visita a una empresa………………………………32 Investigación de campo: Entrevista……………………………………………34 Presupuesto y logística del prototipo: elevador hidráulico…………….…….36 Construcción del prototipo: elevador hidráulico …………………………….38 CONCLUSIÓN………………………………..……….…………………………………39 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………..…………………………………40 2 INTRODUCCIÓN En el siguiente proyecto interdisciplinario se demostrara paso a paso la realización de un elevador hidráulico, sus componentes, como se utiliza y para qué. En la vida cotidiana hay sucesos los cuales son llevados a cabo por intermedio de las instalaciones hidráulicas, estamos demasiado relacionado con esto y es posible que no nos demos cuenta, por ejemplo, cuando llevas el auto con un mecánico, las maquinas las cuales suben el automóvil a una altura adecuada para poder examinarlo y/o poder repararlo es justamente un acto que es ejecutado por una maquina la cual tiene por nombre “Elevador hidráulico”. La hidráulica es un sistema que se fundamenta principalmente en el agua, que trata de aplicar presión al agua y esta se mueve a todos lados dando presiones de alta intensidad que finalmente resultan en una acción o trabajo que se realice. La hidráulica es fundamental para la industria ya que son mecanismos indispensables para algunas máquinas que trabajan en la misma. 3 ELEVADOR HIDRAULICO ANTECEDENTES Principalmente, la hidráulica es la rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos en función de sus propiedades específicas. Es decir, estudia las propiedades mecánicas de los líquidos dependiendo de las fuerzas a que pueden ser sometidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a las condiciones a que esté sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad de este. La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad. En todo el mundo, este tipo de energía representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99 %), Zaire (97 %) y Brasil (96 %). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay, se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6500 Mw y es una de las más grandes. En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados. La primera referencia de un ascensor aparece en las obras del arquitecto romano Vitruvio, quien sostiene que Arquímedes (ca. 287 a. C. – ca. 212 a. C.) había construido el primer elevador probablemente en el año 236 a.C. Fuentes literarias de épocas posteriores mencionan ascensores compuestos de cabinas sostenidas con cuerda de cáñamo y accionadas a mano o por animales. Se estima que ascensores de ese tipo estaban instalados en el monasterio de Sinaí, en Egipto. “Tornillo de Arquímedes: un tornillo gira dentro de un cilindro hueco, situado sobre un plano inclinado, y que permite elevar el agua situada por debajo del eje de giro. Desde su invención hasta ahora se ha utilizado para el bombeado de fluidos. También es conocido como Tornillo Sin Fin por su circuito infinito”. Gracias 4 a sus dos inventos, Arquímedes fue capaz de ser el primero en construir un elevador que funcionaba con cuerdas y poleas, y que curiosamente fue incorporado en el Coliseo Romano en el año 80 de la era cristiana. Estos montacargas servían para que tanto los gladiadores y las fieras pudieran acceder a la arena. Sucesivamente se fueron incorporando elementos de tracción y elevación en determinados edificios, movidos mediante la fuerza humana o animal. Sobre el año 1000, en el Libro de los Secretos escrito por Ibn Khalaf alMuradi, de la España islámica se describe el uso de un ascensor como dispositivo de elevación, a fin de subir un gran peso para golpear y destruir una fortaleza. En el siglo XVII, había prototipos de ascensores en algunos edificios palaciegos ingleses y franceses. Los ascensores antiguos y medievales utilizaban sistemas de tracción basados en el mecanismo de la grúa. La invención de otro sistema basado en la transmisión a tornillo, fue tal vez el paso más importante en la tecnología del ascensor desde la antigüedad, lo que finalmente condujo a la creación de los ascensores de pasajeros modernos. El primer modelo fue construido por Ivan Kulibin e instalado en el Palacio de Invierno en 1793, mientras que varios años más tarde, otro ascensor Kulibin fue instalado en Arkhangelsk, cerca de Moscú. En 1823, se inaugura una "cabina de ascenso" en Londres. En 1851, Waterman inventó el primer prototipo de montacargas. Se trataba de una simple plataforma unida a un cable, para subir y bajar mercancías y personas. A medida que se fueron construyendo edificios más altos, la gente se sintió menos inclinada a subir escaleras largas. Los grandes almacenes comenzaron a prosperar, y surgió la necesidad de un aparato que trasladara a los clientes de un piso a otro con el mínimo esfuerzo. El montacargas inspiró a un estadounidense de Vermont, Elisha G. Otis, para inventar un elevador4 con un sistema dentado, que permitía amortiguar la caída del mismo en caso de que se cortara el cable de sustento. Fue la primera demostración de un sistema de seguridad para elevadores de pasajeros. Por extraño que parezca, el talento de Elisha Otis como diseñador se descubrió mientras trabajaba como maestro mecánico en una fábrica de armazones de camas de Albany (estado de Nueva York). Inventó varios dispositivos que ahorraban trabajo, y por eso fue enviado a Yonkers (Nueva York), donde podría utilizarse mejor su aptitud. Allí diseñó y construyó este primer ascensor con mecanismo automático de seguridad en caso de que hubiera alguna avería en el cable. En 1853 ya había establecido su propio negocio para fabricar 5 ascensores, la compañía de ascensores Otis Elevator Company, que aún existe en la actualidad y es la primera compañía de ascensores del mundo ya que ha instalado 2,5 millones de ascensores y escaleras mecánicas por todo el planeta. El año siguiente Otis hizo la demostración de este invento en una exposición que se llevó a cabo en Nueva York.1 Pero fue hasta mediados del siglo XIX cuando Richard Dudgeon, un maquinista, que inventó el elevador hidráulico. Su invención reemplazo al gato de rosca que era el elevador estándar utilizado durante éste período de tiempo. A principios del siglo XIX los ascensores de pistón hidráulico ya se utilizaban en algunas fábricas europeas. La cabina estaba montada sobre un émbolo de acero hueco que llegaba en una perforación cilíndrica ubicada en el suelo. El agua impulsada a presión dentro del cilindro hacía subir el émbolo y la cabina, que caían debido a la gravedad cuando el agua se liberaba de dicha presión. En las primeras instalaciones, la válvula principal para controlar la corriente de agua se manejaba de forma manual mediante sistemas de cuerdas que funcionaban verticalmente a través de la cabina. Debido a su funcionamiento más suave y a su mayor rendimiento, el ascensor hidráulico reemplazó de forma general al modelo de una cuerda enrollada en un tambor giratorio. El control de palanca y las válvulas piloto que regulaban la aceleración y la desaceleración fueron mejoras posteriores. 2 1 https://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica 2 http://www.construmatica.com/construpedia/Ascensor_Hidr%C3%A1ulico 6 ¿QUÉ ES UN ELEVADOR HIDRÁULICO? Un elevador hidráulico es un dispositivo formado por dos émbolos uno de pequeña superficie, la llamamos s, y otro de gran superficie, la llamamos S, conectados a través de un tubo sin pérdidas y relleno de un fluido no comprensible como el agua o algún aceite. Puesto que el fluido es no comprensible lógicamente al apretar sobre uno de los émbolos el otro obligatoriamente sube. La idea es que al apretar con una fuerza pequeña, f, en el embolo pequeño, el otro se eleva empujando con una fuerza grande, F, siendo la relación entre las fuerzas igual a la relación entre las superficies de los émbolos. El principio de funcionamiento es muy simple: la presión en cualquier punto del interior del fluido es exactamente la misma, De esta forma, cuando apretamos el émbolo pequeño producimos una presión en el líquido que será igual al cociente entre la fuerza, f, y la superficie del émbolo pequeño, es decir la presión en el seno del fluido será: p = f/s Debido a la presión en el fluido es igual en todos los puntos, ésta presión "empujará" sobre toda la superficie del émbolo grande por igual Pero como la presión en el émbolo grande es igual al cociente entre F y S, se cumplirá que p también es igual al cociente entre F y S, es decir que p = F/S Igualando ambas expresiones obtenemos la ecuación fundamental del elevador hidráulico: f/s = F/S => F/f = S/s Es decir, la fuerza en el émbolo grande es igual a la del pequeño multiplicado por el cociente entre las superficies de ambos, lo que permite elevar una gran carga aplicando una fuerza muy pequeña. Ejemplo: Si el émbolo pequeño tiene una superficie de 10 cm2 = 0,001 m2 y el grande tiene una superficie de 1 m2 tendremos una ganancia de fuerza de 1000: F = f * (1 / 0,001) = f * 1000. Lo que significa que para levantar una tonelada 7 situada en el émbolo grande bastará situar un pequeño peso de 1 kg en el émbolo pequeño. El principio es parecido al de la palanca, sólo que en el caso de la palanca la ganancia viene dada por el cociente de las longitudes de los brazos de la palanca. Y al igual que sucede en la palanca no se viola la conservación de la energía, simplemente el desplazamiento requerido en el émbolo pequeño será mucho mayor que el desplazamiento en el grande de modo que el trabajo en ambos es el mismo. Naturalmente los elevadores hidráulicos que deben levantar grandes pesos a grandes alturas, por ejemplo los usados en ascensores, no se fabrican con un émbolo pequeño de enorme longitud porque eso no sería práctico, en su lugar lo que se hace es poner una bomba que bombea el fluido en el interior del circuito a través de un tubo de poca sección produciendo así el mismo efecto a pequeños "impulsos".3 La idea básica de cualquier sistema hidráulico es muy simple: la presión que se aplica en un punto determinado se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo mediante un fluido incompresible (por ejemplo aceite o agua). En el siguiente diagrama se muestra el sistema hidráulico más simple: consta de dos pistones y un tubo de aceite que los conecta. Si aplicamos una fuerza descendente a un pistón (el de la izquierda en este caso), esta fuerza se transmite al segundo pistón a través del aceite del tubo con la misma intensidad. Como el aceite es incompresible, la fuerza descendente que aplicamos a un pistón es muy eficiente, de modo que casi toda la fuerza producida se transmite al segundo pistón a través del aceite del tubo. 3 https://mx.answers.yahoo.com/question/index? qid=20100911153737AAGUcz2 8 Lo bueno de los sistemas hidráulicos es que es muy fácil multiplicar (o dividir) la fuerza aplicada en el sistema. En un sistema hidráulico, todo lo que hacemos es cambiar el tamaño de un pistón y el cilindro en relación con los demás, como se muestra en el siguiente diagrama: El pistón de la derecha tiene una área de superficie nueve veces mayor que el pistón de la izquierda. Si aplicamos fuerza descendente al pistón de la izquierda, éste se desplazará 9 cm por cada 1 cm que se mueva el pistón de la derecha, y la fuerza se multiplicará por 9 en el pistón de la derecha. Para determinar el factor de multiplicación, hay que saber el tamaño del pistón. Supongamos que el pistón de la izquierda es de 2 cm de diámetro (radio de 1 cm), mientras que el de la derecha es de 6 cm de diámetro (3 cm de radio). El área de los dos pistones es de Pi * r2. Por lo tanto el área del pistón de la izquierda es de 3.14, mientras que el área del de la derecha es de 28.26. Como conclusión obtenemos que el pistón de la derecha es 9 veces más grande que el pistón de la izquierda. Lo que significa que cualquier fuerza aplicada al pistón de la izquierda será nueve veces mayor en el de la derecha. De modo que si aplicamos una fuerza descendente de 100kg al pistón de la izquierda, una fuerza ascendente de 900 kg aparecerá en el pistón de la derecha. El único inconveniente es que tendremos que bajar el pistón de la izquierda 9 cm para elevar 1cm el pistón de la derecha. Los frenos del coche son un buen ejemplo de un pistón básico movido por un sistema hidráulico. Cuando pisamos el pedal de freno, estamos empujando el pistón hacia el cilindro principal del freno (que es el encargado de proporcionar presión a los dos circuitos del coche). La presión que se ejerce sobre este pistón, que actúa sobre el líquido, es transmitido a otros cuatro pistones (uno en cada 9 rueda) que accionan los frenos para detener al coche presionando las pastillas de freno contra el rotor de freno. En la mayoría de sistemas hidráulicos, cilindros hidráulicos y pistones se conectan a través de válvulas a una bomba que proporciona aceite a una presión muy alta.4 4 http://blog.gmveurolift.es/el-sistema-hidraulico-la-idea-basica/ 10 PRINCIPIO PASCAL En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión. También podemos observar aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, (La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos), en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos y en los puentes hidráulicos. El principio de Pascal es la explicación primaria al funcionamiento de los elevadores hidráulicos. Este principio establece que la presión contenida en un recipiente es igual en todos los puntos. Los gatos hidráulicos utilizan este principio combinando dos cilindros (uno pequeño y otro grande) para incrementar la presión para poder levantar objetos de mayor peso. El principio de Pascal es la explicación primaria al funcionamiento de los elevadores hidráulicos. Este principio establece que la presión contenida en un recipiente es igual en todos los puntos. Los gatos hidráulicos utilizan este principio combinando dos cilindros (uno pequeño y otro grande) para incrementar la presión para poder levantar objetos de mayor peso. 5 5 https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Pascal 11 ELEMENTOS BÁSICOS DE UN ELEVADOR HIDRAULICO Hay 7 componentes básicos para entender la estructura de un equipo hidráulico en un ascensor: La central hidráulica, conjunto formado por un motor-bomba, es el depósito donde se almacena todo el aceite necesario para mover la cabina. El grupo de válvulas, instalado en la central, es el cerebro de todas las operaciones (juntamente con el cuadro eléctrico). Regula el caudal del aceite y en consecuencia la velocidad de la cabina, que a través de una conducción llega al pistón. Cuando el aceite entra en el interior del pistón, su presión provoca un desplazamiento ascendente del vástago y consecuentemente en la cabina. Central hidráulica: Está formado por el conjunto motor-bomba y el depósito, donde se almacena el aceite necesario para que el sistema hidráulico funcione. Grupo de válvulas: Instalado en la parte exterior de la central, es el cerebro de las operaciones (juntamente con el cuadro eléctrico), y regula el caudal, el ascenso, el descenso, el cambio de velocidad, etc. Conducción: Une el grupo de válvulas y el pistón, puede ser rígida o flexible, dependiendo de las características de la instalación. 6 Pistón: Cilindro vertical constituido por un vástago (elemento interior sometido a un movimiento vertical), un cilindro exterior y una camisa (espacio entre el vástago y la parte interior del cilindro) que al llenarse de aceite presiona el vástago hacia arriba y este provoca un movimiento ascendente moviendo la cabina hacia arriba. Dependiendo de la instalación el pistón puede ser telescópico o convencional y de tracción directa o indirecta. Chasis: Estructura que sostiene la cabina y circula por las guías. Cabina: Compartimento donde se transportan los pasajeros. Fluido: Elemento que transmite la energía de la bomba al pistón. Es recomendable usar aceites sintéticos, ecológicos o minerales, y con un punto de inflamación muy alto. Conducción: Une el grupo de válvulas y el pistón, puede ser rígida o flexible, dependiendo de las características de la instalación. 7 6 http://blog.gmveurolift.es/elementos-basicos-de-un-ascensor-hidraulico-i/ 7 http://blog.gmveurolift.es/elementos-basicos-de-un-ascensor-hidraulico-ii/ 12 PISTÓN HIDRAULICO TIPOS DE FUNCIONAMIENTO Acción indirecta: la cabina es impulsada por el pistón por medio de cables. Acción directa: la cabina es impulsada directamente por el pistón. TIRO DEL PISTON Tiro directo lateral: el pistón está apoyado en el foso, cerca de alguna de sus paredes, de forma que empuja al bastidor desde la parte superior. Tiro directo central: el pistón está enterrado y empuja al bastidor de la cabina desde abajo.8 8 http://dim.usal.es/areaim/guia%20P.%20I/ascensor%20hidraulico.htm 13 FUNCIONAMIENTO POR IMPULSIÓN DIRECTA (O TRACCIÓN DIRECTA) Significa que por cada 1cm de recorrido del pistón, la cabina también se desplazará 1cm. Son recomendables en recorridos cortos y altas capacidades de carga, con excelente nivelación y seguridad no llevan instalados paracaídas mecánicos debido a no contener cables de acero, su sistema de seguridad es a través de una válvula regulando y cerrando el caudal de aceite ante una rotura en el circuito hidráulico . DIRECTO CENTRAL Sistema con el pistón ubicado en el centro del pasadizo mediante una perforación y encamisado de protección. DIRECTO LATERAL Sistema con el pistón ubicado en uno de los laterales del pasadizo, puede o no llevar perforación.9 9 http://www.ascensoresgrinovero.com.ar/images/ascensores-hidraulicosdirectolateral.gif 14 FUNCIONAMIENTO INDIRECTA) POR IMPULSIÓN DIFERENCIAL (O TRACCIÓN En este tipo de ascensor o montacargas hidráulico por cada 1cm de recorrido del pistón, la cabina se desplazará 2cm. Esto es posible mediante una polea y un sistema de cables que duplica el recorrido de la cabina. En este caso, no hace falta que la instalación tenga un foso profundo, ya que el pistón se instala en el lateral del hueco. Este tipo de tracción es ideal para ascensores o montacargas que tengan largos recorridos.10 10 http://www.ascensoresgrinovero.com.ar/images/ascensores-hidraulicosdirectolateral.gif 15 FUNCIONAMIENTO DE SUBIDA Y BAJADA Teniendo en cuenta cuales son los componentes básicos de un equipo hidráulico, y como actúa un simple sistema hidráulico, solo nos queda aplicar estos conocimientos a un ascensor hidráulico para comprender su funcionamiento. ¿Qué entendemos por ascensor hidráulico? “Ascensor en el que la energía necesaria para la elevación de la carga se transmite por una bomba con motor de accionamiento eléctrico que transmite un fluido hidráulico a un cilindro que actúa directa o indirectamente sobre la cabina” PARA SUBIR El grupo motor-bomba bombea el fluido de la central a través del grupo de válvulas (y la conducción) hacia el pistón. Cuando una de las válvulas se abre, el fluido presurizado escoge el camino que ofrece menos resistencia y regresa al depósito de la central. Pero cuando la válvula se cierra, el fluido no tiene más remedio que ir hacia el cilindro. Al acumularse el fluido en el cilindro, la presión empuja el pistón hacia arriba elevando la cabina del ascensor. Cuando la cabina se acerca al piso correcto, el sistema de control envía una señal al motor eléctrico para parar la bomba gradualmente. Con la bomba parada, no hay más aceite que fluya, y el que ya estaba en el cilindro no puede escapar (no puede volver al depósito de la central a través de la bomba, y la válvula sigue cerrada). El vástago se apoya sobre el fluido y la cabina se queda allí donde está. PARA BAJAR Para bajar la cabina, el sistema de control del ascensor envía una señal a la válvula. Cuando la válvula se abre, el fluido que estaba en el cilindro fluye hacia el depósito de la central. Gracias a la fuerza de gravedad, el peso de la cabina (y la carga, en caso de que la haya) empuja el cilindro hacia abajo y conduce el fluido al depósito, haciendo descender el ascensor gradualmente. De este modo el ascensor solo consume energía en el ascenso, ya que desciende por gravedad. Para detener la cabina en un piso inferior, el sistema de control cierra la válvula de nuevo. 11 11 http://blog.gmveurolift.es/funcionamiento-de-un-ascensor-hidraulico/ 16 Es importante mencionar la importancia del uso de aceite en los ascensores hidráulicos, ya que por supuesto cuando hablamos de energía hidráulica nos referimos a aquella que se produce mediante el uso de agua como método de presión, pero en este caso se utiliza aceite ya que no es corrosivo para los elementos metálicos y supone una mejor vida útil para todos los elementos utilizados en la composición de un ascensor. El uso de aceite reemplazando al agua en métodos de obtención de energía hidráulicos se denominan métodos oleo hidráulicos de obtener energía. Como mencionamos en un principio que es muy común decirle a los ascensores hidráulicos de esta manera, pero a la vez este tipo de ascensores presentan ciertas desventajas entre los cuales se encuentra por ejemplo las altas temperaturas que desprenden los sistemas oleo hidráulicos, por lo que cuando se procede a la instalación de ascensores hidráulicos. También se deben colocar aislantes térmicos de excelente calidad en sus componentes, para evitar que las altas temperaturas afecten las estructuras que tienen alrededor y se produzca algún accidente, como por ejemplo las partes de la edificación en la cual se encuentran instalados los ascensores de esta clase. Por otro lado debemos tener en cuenta que cuando hablamos de aceite utilizado en ascensores hidráulicos nos referimos a cualquier tipo de aceite derivado del petróleo, como es el aceite mineral, por ejemplo. Este aceite debe ser cambiado cada una determinada cantidad de tiempo, y este proceso es uno de los procesos de mantenimiento que debe realizarse en todos los ascensores hidráulicos, o cualquier otro tipo de artefacto que funcione con energía oleo hidráulica. Por otro lado, es necesario mencionar que los ascensores de este tipo son los más instalados en edificios que no contaban con un ascensor, y se procede a la instalación del mismo de una manera posterior a la construcción del edificio, una vez que ya se encuentra utilizado y habitado. Esto se da ya que, aunque los mismos requieren de una gran inversión para su instalación, el sistema de energía utilizado no ocupa más espacio que el de la cabina, lo que no sucede con muchos ascensores que requieren sala de máquinas. Por último, es importante mencionar que existen otros elementos denominados ascensores hidráulicos, pero que son muy distintos a los instalados en ascensores, y son los sistemas de esclusas instalados en canales de navegación. Este tipo de escusas hidráulicas permiten vencer desniveles concentrados en canales hidráulicos, haciendo que los navíos que atraviesan estas zonas asciendan o desciendan, generalmente complementan a la construcción de presas en ríos navegables, las más conocidas mundialmente son las instaladas en el Canal de Panamá y varias instaladas en Europa. Podemos 17 decir entonces que, los ascensores hidráulicos son de los más buscados junto con los eléctricos, por sus virtudes y funcionamiento.12 TIPOS DE ELEVADORES HIDRAULICOS Ascensor Hidráulico por Impulsión Directa: Es un tipo de ascensor recomendable para poca altura, cuando el recorrido del ascensor no llega a los 4 m. Es necesario que tenga foso, ya que el pistón será instalado allí. Ascensor Hidráulico por Impulsión Diferencial: Es un tipo de ascensor que se instala en recorridos de más de 4 m. No necesita tener foso, ya que el pistón se instala en un lateral del hueco. Es recomendable si se instala para varias paradas de pisos.13 APLICACIONES DEL ELEVADOR HIDRAULICO Es ampliamente utilizado en las estaciones de servicio para levantar coches y coches de los mecánicos de reparación. Se compone de dos conectados, un anticoagulante, ambos llenos de aceite. A través de un pistón hidráulico que puede ser hacia abajo, a la parte inferior o el lado de la cabina del ascensor. Como la base del pistón alimentado por aceite hidráulico. Como una jeringa que está llena de agua por lo que el émbolo dejar fuera. El pistón es suministrado por un caucho de la manguera hidráulica. El pistón se ha quedado atascado en el marco de acero que soporta la cabina. Este sistema de ascensor hidráulico también se utiliza en plataformas petrolíferas, por lo que permanecen en el nivel de agua apropiado. 14 12 http://www.ascensores.ws/tipos/ascensores-hidraulicos.html 13 http://www.construmatica.com/construpedia/Ascensor_Hidr%C3%A1ulico 14 https://pt.wikipedia.org/wiki/Elevador_hidr%C3%A1ulico 18 DIFERENCIAS ENTRE HIDRÁULICOS ASCENSORES ELÉCTRICOS Y ASCENSORES Con el objetivo de mostrar las diferencias encontradas entre ambos tipos de ascensores, se presenta la siguiente tabla comparativa: 19 20 15 VENTAJAS DE UN ASCENSOR HIDRÁULICO SEGURIDAD Alto grado de seguridad para el usuario (doble sistema de seguridad). Evacuación de pasajeros garantizada en caso de fallo en suministro eléctrico. El sistema tiene una bobina 12v conectada a una batería de reserva como elemento de serie, que permite finalizar el trayecto hasta la parada más próxima y abrir las puertas. Alto grado de seguridad para el operario debido a su forma de montaje. Construcción del primer al último piso. Pistón como elemento de masa. Más seguros en caso de movimientos sísmicos por la ausencia del contrapeso en el hidráulico. ECONOMÍA Alto grado de fiabilidad por el poco mantenimiento que necesita la instalación debido al menor desgaste de sus componentes. Precios de instalación y mantenimiento más económicos. Menor utilización de componentes. Montaje más fácil. 15 http://blog.gmveurolift.es/diferencias-entre-ascensores-electricos-yascensores-hidraulicos/ 21 El sistema hidráulico no sobrecarga la estructura del edificio, permite que el hueco de ascensor no necesite de paredes de hormigón, es decir no necesita encofrado. ESPACIO Optimización del espacio de la vivienda, sin necesidad de utilizar un cuarto de máquinas, lo cual permite más posibilidades para instalar un ascensor con limitación de espacio debido a: *Armario o MC = la maquinaria va dentro de un armario que puede ubicarse en cualquier lugar del edificio. *MRL = Aprovecha el hueco del foso del ascensor para ubicar dentro la maquinaria hidráulica. EFICIENCIA ENERGÉTICA Suavidad de funcionamiento en arranque y parada. Consumo energético sólo en subida. En bajada utiliza la gravedad sin necesidad de consumir. El fluido no se consume. Sólo se utiliza.16 16 http://blog.gmveurolift.es/ventajas-de-instalar-un-ascensor-hidraulico/ 22 SEGURIDAD DE LOS ASCENSORES HIDRÁULICOS Desde el punto de vista constructivo, en el momento de la instalación, reparación o mantenimiento, el ascensor hidráulico gana en seguridad ya que el montaje es a poca altura y por lo general el mantenimiento se realiza a nivel del suelo. Lo contrario ocurre con el eléctrico, ya que el montaje con elementos pesados (contrapeso) se realiza en altura (motor en la parte superior del hueco). Por otro lado, en situaciones de emergencia la maniobra de evacuación es mucho más simple que un eléctrico: podemos liberar a los pasajeros manualmente sin la necesidad de ayuda externa gracias a una bomba a mano, integrada en la central, que sirve para desbloquear la cabina (esta maniobra puede realizarla incluso personal no especializado). El ascensor acaba descendiendo por la fuerza de la gravedad con la ayuda una pequeña batería de emergencia que funciona en caso de fallo de suministro eléctrico. Si se tiene en cuenta el creciente número de ascensores instalados, especialmente en edificios residenciales (viviendas unifamiliares) es importante que un miembro de la familia conozca el procedimiento mediante el cual se puede 23 bajar la cabina manualmente hasta la planta baja con el fin de liberar a un pasajero en el momento que ocurre un fallo eléctrico o cualquier otra emergencia. Este método es el más seguro debido a la velocidad lenta del sistema manual del ascensor hidráulico, accesible desde la planta baja y fácil de reparar. En zonas de peligro por causa de los terremotos, el ascensor hidráulico ha demostrado que es la opción más segura. Debido a los contrapesos oscilantes y a que la cabina está suspendida de la cima del foso del ascensor, el ascensor eléctrico es particularmente vulnerable en un edificio sujeto a temblores en comparación con el ascensor hidráulico, puesto que este último se instala prácticamente en los cimientos del edificio. Como consecuencia, el ascensor hidráulico está considerado como el ascensor más seguro dentro del mercado, tanto para pasajeros como para operarios, en todas las etapas de su vida. La siguiente tabla argumenta a modo de resumen esta afirmación. 24 La tendencia actual a reducir el consumo energético y la necesidad de disponer de unos estándares de seguridad más elevados, nos hace reflexionar sobre ambos aspectos antes de elegir una opción. A modo de ejemplo, fijémonos en varios países europeos nórdicos que obligan el uso de las luces en los coches durante el día para obtener una mayor seguridad, aunque esto comporte un mayor consumo energético.17 17 http://blog.gmveurolift.es/seguridad-de-los-ascensores-hidraulicos-ii/ 25 MEDIDAS DE SEGURIDAD DE UN ELEVADOR HIDRAULICO El sistema hidráulico está considerado como uno de los más seguros dentro del sector del transporte vertical. Esto se debe a los múltiples dispositivos de seguridad de un ascensor hidráulico, conocidos como sistemas redundantes o de doble seguridad. La mayoría de estos sistemas son medidas obligatorias según la normativa EN 81.2, normativa de seguridad que regula la construcción e instalación de los ascensores hidráulicos. VÁLVULA PARACAÍDAS Está situada en la entrada de aceite del pistón, que puede ser tanto superior como inferior dependiendo de la ubicación de la central hidráulica. Su función es cortar el flujo del fluido cuando la velocidad de la cabina es excesiva en la bajada debido a la rotura de la conducción. Es una válvula que funciona de manera autónoma, ya que es completamente independiente del grupo de válvulas. En el sistema hidráulico, es una medida de seguridad obligada por la Normativa EN 81.2, apartado 12.5.5, y por consiguiente todas las válvulas paracaídas del mercado deben tener homologación CE. 26 PARACAÍDAS DEL CHASIS Elemento situado en el chasis. Su función es impedir el movimiento de la cabina cuando se produce una rotura o aflojamiento de los cables. El paracaídas desplaza unos rodillos que ejercen presión contra la guía e impiden su desplazamiento. También es una medida de seguridad obligatoria según la Normativa EN 81.2, apartado 9.8 y 9.10.3, y consecuentemente deben tener marcado CE. El paracaídas del chasis es un dispositivo que debe estar presente en ascensores hidráulicos y en los eléctricos. 27 FINAL DE CARRERA En la parte superior de las guías, se encuentra un contacto eléctrico que acciona la cabina cuando ésta sobrepasa el nivel de la última parada. Es otro elemento de seguridad obligatorio según la Normativa En 81.2, apartado 10.5.3. Este sistema también es obligatorio en los sistemas eléctricos. 18 TOPE AMORTIGUADO Es un tope situado en la parte inferior del vástago (parte interior del pistón sometido al movimiento). Tiene una doble misión: amortiguar y evitar que el vástago salga del cilindro. También es una medida de seguridad obligatoria según la Normativa En 81.2, apartado 12.2.3.3. BOMBA A MANO Es un elemento de emergencia y rescate situado normalmente en el propio grupo de válvulas. Sirve para desenclavar la válvula paracaídas o el paracaídas del chasis una vez se hayan accionado. Esto permite, posteriormente y mediante el pulsador de emergencia, desplazar la cabina hasta el nivel inferior más próximo. Una de las ventajas de este dispositivo es que la maniobra de rescate no debe realizarla un técnico necesariamente. En los ascensores hidráulicos es un sistema de seguridad obligatorio según la Normativa En 81.2, apartado 12.9.2. 18 http://blog.gmveurolift.es/medidas-de-seguridad-de-un-ascensor-hidraulico-i/ 28 PULSADOR DE EMERGENCIA Es un pulsador situado en el grupo de válvulas de color rojo. Cuando la cabina se queda entre dos pisos y no han actuado ni la válvula paracaídas ni el paracaídas del chasis, el pulsador de emergencia sirve para hacer descender la cabina hasta el nivel inferior más próximo. Del mismo modo que la Bomba a Mano, es una maniobra que puede realizarla cualquier persona de a pie, sin la necesidad de la intervención de un técnico. Es una medida de seguridad obligada en los sistemas hidráulicos según la Normativa EN 81.2, apartado 12.9.2 29 BATERÍA DE EMERGENCIA En caso de emergencia por fallo de suministro eléctrico, los ascensores hidráulicos permiten mediante una batería de emergencia (colocada en el cuadro de maniobras) y una bobina de 12 V (colocada en la electroválvula de bajada) el descenso de la cabina hasta el nivel más próximo. La batería de emergencia también permite abrir las puertas para evitar que alguien se quede encerrado dentro de la cabina. Esta medida de seguridad no es obligatoria, pero prácticamente todos los ascensores hidráulicos de hoy en día llevan este sistema de serie por su bajo coste. En el caso de los ascensores eléctricos, este dispositivo es más costoso a nivel económico y consecuentemente su presencia es mucho mayor en los sistemas de elevación hidráulicos que eléctricos. 19 MOTORES ELÉCTRICOS SUMERGIBLES PARA ASCENSORES HIDRÁULICOS El motor eléctrico define el rendimiento del sistema permitiendo transmitir una alta potencia con alta precisión de actuación. La ubicación más común del motor es sumergido en el fluido del depósito de la central hidráulica. El motor se conecta directamente a la bomba, normalmente una bomba de husillo debido al rendimiento y el bajo nivel sonoro de su funcionamiento. 19 http://blog.gmveurolift.es/medidas-de-seguridad-de-un-ascensor-hidraulicoii/ 30 La eficiencia y la talla de motor influyen directamente en el rendimiento del ascensor hidráulico. Por eso, escoger el motor correcto y la talla correspondiente es decisivo para un buen funcionamiento del ascensor, especialmente a largo plazo reduciendo costes de mantenimiento. La energía es proporcional a la velocidad de la cabina, pero en instalaciones hidráulicas hay que tener en cuenta que no consumen energía en el descenso. Asimismo, los ascensores hidráulicos también son los más adecuados cuando se trata de calcular la velocidad media por viaje sin costes adicionales, simplemente se actúa sobre la velocidad de descenso (aumentándola) y la velocidad de ascenso (disminuyéndola) manteniendo el confort de la instalación en todo momento. Con esta técnica, se mantiene una velocidad media del ascensor (de ascenso/descenso) comparable con cualquier otro tipo de ascensor. Con este sistema se puede instalar un motor de talla reducida y reduciendo el consumo 20% y 30%, consiguiendo una mayor eficiencia energética de la instalación. 20 20 http://blog.gmveurolift.es/motores-electricos-sumergibles-para-ascensoreshidraulicos/ 31 MANTENIMIENTO DE UN ASCENSOR HIDRÁULICO: RECOMENDACIONES El mantenimiento de un ascensor es esencial, y también lo es para nosotros ya que nos va la seguridad en ello. A la hora de instalar un ascensor, una de las preguntas que nos solemos hacer es ¿Cuánto nos costará mantenerlo? El coste de instalar, mantener o reformar un ascensor depende de múltiples variables, como la cantidad de viajes que hace a lo largo del día, cuántos vecinos hay en el edificio, cuántas plantas, si son edificios públicos o de oficinas, su antigüedad, etc. No soporta lo mismo un ascensor en un edificio de 20 viviendas y un tráfico de 15 viajes cada hora que un edificio público donde el tráfico se eleva hasta, por ejemplo, 100 viajes por hora. Para conseguir una mayor vida del producto en un ascensor instalado es necesario realizar un mantenimiento de sus componentes. Mediante este mantenimiento se consiguen las condiciones óptimas para la seguridad del pasajero. Según las condiciones generales de cada instalación (número de paradas, tráfico de personas, tipología del edificio, etc.), influirá la periodicidad de su mantenimiento. En términos generales, GMV, como fabricante de componentes hidráulicos, recomienda realizar dos tipos de revisiones: REVISIÓN GENERAL Revisiones parciales, en función de la vida útil y desgaste de las piezas. GMV recomienda su revisión en periodos cada 2 meses; cada año o cada 5 años según el tipo de pieza. REVISIÓN TOTAL GMV recomienda realizar cada 5 años una revisión total de sus instalaciones hidráulicas21. 21 http://blog.gmveurolift.es/mantenimiento-de-un-ascensor-hidraulicorecomendaciones/ 32 INVESTIGACIÓN DE CAMPO: VISITA A UNA EMPRESA Imagen 1. Sucursal Morelos y Pavón. Colonia Loma Linda. 33 Imagen 2. Inicio de entrevista. Imagen 3. Empleado de la empresa Imagen 5. entrevista. Elevador Hidráulico. Imagen 4. Final de INVESTIGACIÓN DE CAMPO: ENTREVISTA EMPRESA: TOYO TIRES Imagen 6. Elevador Hidráulico en uso. 34 SUCURSAL: BVD. JOSÉ MARÍA MORELOS Y PAVÓN, LOMA LINDA, 83150 HERMOSILLO, SON. ENTREVISTADO: JORGE ISRAEL CAZARES SOTO (EMPLEADO DE MECÁNICA) Buenas tardes, somos alumnos de CBTiS 11 y estamos haciendo una breve entrevista de elevadores hidráulicos, para una tarea de Física II. ¿Podría ayudarnos? - Si, con mucho gusto. ¿Para qué se utilizan los elevadores hidráulicos? - Bueno, nosotros lo utilizamos para darle servicio a los carros, con más facilidad sin tener que meternos bajo de una fosa. ¿Cómo lo utilizan? - Por medio de unos botones especiales para levantar y bajar el automóvil. ¿Cómo funciona? - Por medio de Electricidad y hidráulico. ¿Lo usan con mucha frecuencia? - Sí, diariamente. Cada que vamos a hacer cambio de llantas, servicio o un chequeo. ¿Hace cuánto tiempo utilizan estos elevadores? - Prácticamente desde los inicios de TOYO TIRES, julio de 1997. ¿Cada cuánto le dan mantenimiento y quién lo hace? - Le tenemos que dar mantenimiento mínimo de una a dos veces por semana, para un mejor rendimiento y nosotros como mecánicos le podemos dar ese mantenimiento. ¿Cómo le dan mantenimiento? 35 - El mantenimiento viene siendo limpiarlo y engrasarlo, asegurándonos de que, quede funcionando correctamente. ¿Más empresas de llantas utilizan estos elevadores? - Si, aparte de nosotros también lo utilizan por ejemplo: Grupo Ayala, Tyre Plus, Royer tires, Michelin, entre otras más. Bueno, esto sería todo. Muchas gracias por prestarnos de su tiempo, que tenga buena tarde. PRESUPUESTO Y LOGISTICA DEL PROTOTIPO: ELEVADOR HIDRÁULICO 36 Foto 6. Elevador Hidráulico en uso. MATERIALES Y PRESUPUESTO: Madera de 45 cm x 35 cm: Reciclada Cartón de 15 cm x 15 cm: Reciclado 4 Palillos de madera: Reciclados Palos de madera (gruesos) Mangueras transparentes: Recicladas Jeringas: $60.00 pesos Pintura: Reciclada Pegamento: Reciclado Silicón: Reciclado Cartulina: $6.00 pesos Listón para decorar: Reciclado LOGÍSTICA DE CONSTRUCCIÓN 1. Pintar la madera, el cartón, los palillos y los palos más gruesos y dejar secar todo. 2. Perforar la madera con 4 agujeros que formen un cuadrado, aproximadamente 1 cm más pequeño que el pedazo de cartón. (Los agujeros deben de ser de mismo grosor que los palos más grades de madera) 3. Perforar el pedazo de cartón a la misma distancia que los agujeros de la madera y del mismo grosor 4. Unir las jeringas más grandes, con las jeringas más pequeñas por medio de la manguera transparente 5. Hacer un cuadrado formado por los palillos de madera ya pintados y pegarlos. 6. Pegar una jeringa pequeña a cada uno de los palos de madera más gruesos. 7. Incrustar los palos de madera en cada uno de los agujeros hechos anteriormente en la madera, fijar con pegamento y dejar secar. (De madera que el cono de la aguja de cada jeringa quede hacia abajo). 8. Atravesar el cartón con los palos de madera y pegar (por los agujeros hechos anteriormente) y pegarlo a las lengüetas de apoyo de cada jeringa. 9. Pegar el cuadrado hecho con palillos, a la parte superior de los palos de madera y dejar secar. 37 10. Llenar las jeringas más grandes con agua. 11. Con la cartulina, cubrir la parte de los palos de madera donde se encuentran las jeringas más pequeñas. 12. Pegar las jeringas más grandes a la madera de la siguiente forma. 13. Decorar con el listón y pegamento. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO: ELEVADOR HIDRAULICO 38 CONCLUSIÓ N Como nos pudimos dar cuenta en el proyecto la hidráulica es una pieza fundamental en la vida ya que con esta podemos llevar a cabo la mayoría de las actividades de la vida diaria. En la actualidad los elevadores hidráulicos tienen un 39 alto grado de tecnología y por la tanto nos facilita un poco más la realización de las mismas. La maqueta realizada en dicho proyecto es solo una representación de todo lo que conlleva la utilización de un elevador hidráulico para poder demostrar ampliamente a las personas presentes y que puedan conocer más de cerca su funcionamiento. De igual manera nos sirvió a nosotros como alumnos ya que no conocíamos nada sobre el tema, nos ayudó a conocer y sobrellevar las complicaciones con las que cuenta la realización de un elevador hidráulico. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. https://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica 2. http://www.construmatica.com/construpedia/Ascensor_Hidr%C3%A1ulico 3. https://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20100911153737AAGUcz2 4. https://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20100911153737AAGUcz2 5. https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Pascal 40 6. http://blog.gmveurolift.es/elementos-basicos-de-un-ascensor-hidraulico-i/ 7. http://blog.gmveurolift.es/elementos-basicos-de-un-ascensor-hidraulico-ii/ 8. http://blog.gmveurolift.es/elementos-basicos-de-un-ascensor-hidraulico-i/ 9. http://blog.gmveurolift.es/elementos-basicos-de-un-ascensor-hidraulico-ii/ 10. http://www.ascensoresgrinovero.com.ar/images/ascensores-hidraulicosdirectolateral.gif 11. http://blog.gmveurolift.es/funcionamiento-de-un-ascensor-hidraulico/ 12. http://www.ascensores.ws/tipos/ascensores-hidraulicos.html 13. http://www.construmatica.com/construpedia/Ascensor_Hidr%C3%A1ulico 14. https://pt.wikipedia.org/wiki/Elevador_hidr%C3%A1ulico 15. http://blog.gmveurolift.es/diferencias-entre-ascensores-electricos-y-ascensoreshidraulicos/ 16. http://blog.gmveurolift.es/ventajas-de-instalar-un-ascensor-hidraulico/ 17. http://blog.gmveurolift.es/seguridad-de-los-ascensores-hidraulicos-ii/ 18. http://blog.gmveurolift.es/medidas-de-seguridad-de-un-ascensor-hidraulico-i/ 19. http://blog.gmveurolift.es/medidas-de-seguridad-de-un-ascensor-hidraulico-ii/ 20. http://blog.gmveurolift.es/motores-electricos-sumergibles-para-ascensoreshidraulicos/ 21. http://blog.gmveurolift.es/mantenimiento-de-un-ascensor-hidraulicorecomendaciones/ 41
