Resumen
El cálculo de las guías de un ascensor sin cuarto de máquinas debe realizarse mediante el método de los elementos finitos, ya que las ecuaciones de la normativa EN 81-50 no consideran el peso del ascensor sobre las guías. Además, el cálculo de las reacciones en las fijaciones cercanas a la bancada también es complejo y requiere de conocimientos en esfuerzos y resistencia de materiales. El Eurocódigo 4 tampoco es de gran ayuda en este sentido, y la normativa de ascensores no indica cómo validar estructuralmente ningún componente del ascensor. En definitiva, el cálculo de las guías y fijaciones de un ascensor sin cuarto de máquinas es un proceso complejo que requiere de conocimientos específicos y la utilización del método de los elementos finitos.
Por lo pronto, con las ecuaciones de la normativa no es posible. No contempla el peso del ascensor sobre las guías. Imposible.
A mano, mucho menos.
Con una Excel, casi que no.
Si alguien te está dando unos valores de Fx, Fy en guías únicamente utilizando las ecuaciones de la norma se está dejando “parte del pastel”.
Otro problema que veo a menudo es que esto que menciono se desconoce y se calculan las guías incorporando el peso del ascensor extra sobre las propias guías en la variable que la norma te indica como peso auxiliar sobre las guías (Maux), que aparece en el cálculo de pandeo (apartado 5.10.3 Pandeo) pero de difícil cálculo rigurosamente hablando por la complejidad de la geometría del ascensor. Además, solo aparece en el pandeo y nos interesa contemplarlo en más escenarios.
Esto conlleva un tremendo error porque tan importante en un cálculo es el valor de unas fuerzas como su correcta ubicación: si colocamos esas fuerzas como fuerzas auxiliares en la perpendicular de las guías, estamos obviando los efectos de momentos flectores en el conjunto, y, por lo tanto, no podremos saber cómo se comportan en realidad las guías ni que reacciones tendrán las fijaciones de la bancada.
La única manera de calcular las guías de un ascensor GEARLESS es mediante un cálculo con elementos finitos. Punto.
Cómo calcular las reacciones de las fijaciones que soportan la bancada
Retomando lo que he comentado en un párrafo anterior: este cálculo con ecuaciones analíticas es bastante complejo, y son unos esfuerzos imprescindibles conocer para poder transmitírselo al instalador.
Las paredes donde se vayan a colocar las fijaciones tienen que ser capaces de aguantar esas fuerzas, que en ocasiones superan con creces los miles de newtons.
Así que en realidad tenemos dos problemas:
- Dimensionar adecuadamente las guías y la distancia entre fijaciones, es decir, comprobar que nuestras guías van a aguantar el peso de todo el ascensor
- Averiguar los esfuerzos en las fijaciones cercanas a la bancada. Vitales para la estabilidad de la instalación. Sobre todo si el ascensor va a ser instalado en una estructura metálica.
Casi nada.
Y como te digo, esto solamente se puede hacer con un cálculo basado en los elementos finitos. No hay nada en la normativa actual de ascensores que te indique cómo hacerlo analíticamente. Es más, en el apartado 5.7.4.7 Cálculos de la EN 81-20, ya nos sugiere que utilicemos este método:
“Las guías se deben calcular de acuerdo a:
a) la Norma EN 81-50:2014, apartado 5.10; o
b) la Norma EN 1993-1-1; o
c) por el Método de los Elementos Finitos (MEF).”
El apartado 5.10 no dice nada de cómo hacer el cálculo para un ascensor sin cuarto de máquinas. La norma EN 1994-1-1 es el famoso Eurocódigo 4 (Eurocódigo 4: Proyecto de estructuras mixtas de acero y hormigón. Parte 1-1: Reglas generales y reglas para edificación), que para quien lo conozca es un compendio de reglas y condiciones generales para este tipo de estructuras: para esto, difícil de adaptarlo.
Y el apartado c) que nos indica que podemos hacer los cálculos de las guías con elementos finitos: relativamente sencillo para quien conoce este método de cálculo.
De hecho, sirva esto como nota aparte, en realidad la norma de ascensores la EN 81-20 EN 81-50, no dice absolutamente nada de cómo validar estructuralmente ningún componente del ascensor: chasis, bancadas, contrapesos, fijaciones, ejes de poleas, bases de replanteo, puntos de anclajes, puntos de atados de cable, etc. ¿A ti te suena algún método mencionado en la norma?
Únicamente, te indica en alguno de ellos, algunos coeficientes de seguridad y límites dimensionales que deben cumplir. Pero el cómo calcularlos depende de ti, querido amigo. ¡Tú eres el ingeniero! ¡O el dueño de la empresa y decides con qué factor de seguridad trabajas!
Ya sabes que el factor de seguridad extra es dinero: a más factor de seguridad, más peso, más contrapeso, menos carga útil, más motor, más variador, más todo en contra de tu bolsillo.
¿Cómo hacemos el cálculo?
Lo que nos está dando muy buen resultado en SAMAT, es el contemplar toda la instalación estructural del ascensor en su conjunto, porque no olvidemos que todo trabaja de manera unida. Y me refiero especialmente a las fijaciones, las guías y la bancada.
Modelizando todos estos elementos podemos ubicar las fuerzas que ejerce un ascensor en su vida útil en diferentes escenarios de cálculo y podremos comprobar nuestra instalación. Con validar una instalación tipo es suficiente, no es necesario tener que hacer un cálculo específico para cada instalación en cada pedido: en realidad, sería lo ideal porque así obtendríamos la distancia entre fijaciones máxima posible y el menor tamaño de guía para ese ascensor.
Y si fabricas muchos muchos, muchos ascensores al año, deberías disponer de un Configurador de cálculos para automatizar este proceso, porque el ahorro en dinero de acero será enorme. Mira un ejemplo aquí:
En una empresa que fabrique pocas decenas de ascensores de este tipo al año quizás no le merezca la pena, pero si estamos hablando de centenares de pedidos de estos modelos es más que recomendable.
El ahorro en acero al cabo de un año puede ser sustancial y todo gracias al hacer un cálculo específico para cada instalación. Solo por eso.
Si quieres añadirte un tanto ante la propiedad de tu empresa proponles hacer cálculos estructurales por ascensor, el retorno de la inversión será muy beneficioso para vosotros.
Entremos en detalles.
Que debemos modelar
Como he comentado, modelaremos las fijaciones y las guías, quizás con elementos Shell sería suficiente y, a veces, incluso con elementos barras para las guías. Trataremos de incluir la bancada simplificando su geometría al máximo, ya que no es objeto de este cálculo el validar este componente: entendemos que ya lo está con cálculos previos en su diseño. Pero si eres un purista y quieres ver el comportamiento global, no veo mayor inconveniente en que la modeles y la integres en el cálculo, ¡más exacto será, sin duda!
A continuación, haremos un cálculo de cada uno de los escenarios que nos pide la norma para el cálculo de guías, que los conocéis todos muy bien: funcionamiento, carga y descarga y acuñamiento del paracaídas.
El realizar este cálculo de esta manera nos da muchísimas ventajas, te enumero las principales:
- Tendremos una validación completa de nuestra instalación del ascensor
- Podemos ver distintos puntos del acuñamiento: veremos qué ocurre si acuña arriba, en medio de dos fijaciones, abajo del todo, etc. Un estudio muy completo
- Muy detallado: porque podremos analizar con una baja (casi nula) incertidumbre los desplazamientos, las tensiones y, por lo tanto, el coeficiente de seguridad.
- Interesantísimo e importantísimo: sabremos las reacciones que las fijaciones transmitirán al edificio, ¿cómo calcularlas con la norma? Estarás de acuerdo conmigo que no hay manera. Especialmente importantes serán las que soportan la bancada porque su integridad compromete a todo el ascensor.
- Algo que pasa por alto, podremos estudiar el comportamiento global de nuestra distribución de las guías. Me refiero en su colocación en planta. Recuerdo que, a una multinacional, que había puesto las cuatro guías en línea para ahorrar espacio, le hice ver que las guías de contrapeso, las más delgadas y las que estaban colocadas en medio de la disposición, trabajan a compresión por un valor doble de todo el peso del ascensor, ¡el doble! Mientras, las guías de cabina, las grandes, trabajaban a tracción. ¿Te imaginas? ¡Un auténtico desastre! No pasan más cosas porque… (a esto no tengo una respuesta técnica científica que pueda expresar aquí).
Los beneficios son clarísimos:
- Distribución de fijaciones más optimizada
- Selección de las guías adecuadas
- Ahorro de dinero en material y montaje, así como menor tiempo de puesta en marcha
¿Quieres ahorrar dinero con las guías?
Llámanos, sin más. O escríbenos. ¡Y a ahorrar!
