Caracterización mediante simulación de frenadas de emergencia de ascensores inclinados según norma UNE-EN 82:22

En el presente trabajo se estudia el comportamiento dinámico de la parada de emergencia de los ascensores inclinados según la norma UNE-EN 82:20:2014. Mediante la creación de un modelo de simulación, creado mediante el software de cálculo matemático Matlab y su módulo de simulación Simulink, se estudia dicho comportamiento. Centrándose en las aceleraciones que aparecen en este tipo de paradas y en especial la contribución de su paracaídas, y como afecta el valor nominal de la fuerza de frenado así como la aplicación de la misma. En la primera fase del trabajo se estudia la normativa Europea, siendo los requisitos que impone la norma los que motivan el presente trabajo, en concreto la norma UNE-EN 82:22:2014 que regula la construcción e instalación de ascensores eléctricos inclinados. En esta norma se definen los ángulos de inclinación a los que debe encontrarse el ascensor para considerarse inclinado, el ángulo que forma la guía del ascensor con el suelo debe estar comprendido entre 15º y 75º. El principal motivo de que los ascensores inclinados tengan una normativa diferente a los verticales, radica en la aparición de una aceleración horizontal, que no aparece en los ascensores verticales. Esta aceleración puede ocasionar que los usuarios choquen contra elementos o paredes de la cabina. Según la norma UNE-EN 82:22:2014 los ascensores inclinados deben decelerar dentro de unas restricciones, estas afectan tanto a la aceleración horizontal como a la vertical que aparecen en el proceso de la frenada. Las aceleraciones vertical y horizontal son la descomposición de la aceleración que sufre la cabina. Debido a que la cabina sigue una trayectoria inclinada, la desaceleración que genera el paracaídas seguirá una dirección inclinada, por lo que la norma la descompone en una componente vertical de la aceleración y otra componente horizontal. Estableciendo que la componente de desaceleración horizontal no debe superar los 0.5g así como que la componente vertical deberá estar acotada entre 0.1g y 1g. Debido a estos umbrales en las desaceleraciones, la carga que podrán transportar los ascensores dependerá de la inclinación, ya que las aceleraciones son proporcionales al seno y coseno del ángulo de inclinación. Este hecho explica que para el mismo ascensor con el mismo paracaídas instalado varíe la capacidad de carga que podrá transportar cumpliendo la normativa. Como resultado de este trabajo se generan unas tablas en las que se representa gráficamente las masas que puede transportar el ascensor y que en caso de frenada de emergencia cumplirá la norma, estas serán áreas reducidas y la fuerza que desarrolla el paracaídas moverá el área de trabajo. El paracaídas es un elemento importante de estudio de este trabajo, en el mismo se simulan 6 modelos de la misma familia, que a efectos del simulador solo se diferencian en el valor de la fuerza que aplican. Siendo la fuerza de frenada máxima en vertical la que se usará para la simulación siguiendo las conclusiones del artículo” Theoretical-experimental assessment of braking systems for inclined lifts according to EN 81:22-2014” en el que se concluye que la fuerza de frenada desarrollada por el paracaídas no depende ni de la carga ni de la inclinación. Todos los paracaídas provienen de la empresa THYSSENKRUPP España y forman parte de la misma familia, su denominación es la 6071/2 2XX. Si el modelo se adapta a todos ellos bien servirá para la simulación de este tipo de frenadas. La segunda fase del trabajo es la creación del modelo usando Simulink, para ello se modela mediante diferentes bloques del programa que se detallan en el trabajo. Estos modelan la cabina y la caja donde se encuentra el paracaídas. El modelo es bidimensional, en el plano se representan dos grados de libertad, el vertical y el horizontal. Hecho que simplifica enormemente el modelo, las dimensiones de la cabina y la caja no son relevantes. El modelo posee dos subsistemas, el paracaídas y el amortiguador, en los que se introducen los parámetros que proporciona el fabricante, mientras que los parámetros de la cabina serán únicamente su masa, la carga que contiene y la inclinación que presentan el plano inclinado por el que se desplaza. Mientras que los valores del paracaídas son modificados en el presente trabajo al cambiar de modelo en el caso del amortiguador no se modifica. Debido a que prácticamente no suaviza la desaceleración y no se modifican sus propiedades, es decir, no se cambia el tipo de amortiguación salvo en unos ensayos donde se prueba con amortiguación rígida. Esta conclusión es producto de los ensayos realizados en trabajos predecesores. Terminado el modelo se programan unos archivos que interactúan con el mismo. Teniendo diferentes tipos, el que introduce los datos del paracaídas, los que introduce los datos del ensayo real para su comparación, y el que realiza el cálculo del método de Sprague and Geers (estos últimos solo se usan en validación del modelo). Los archivos de introducción de parámetros del paracaídas además de interactuar con el modelo interactuarán con el técnico del ensayo, pues en vez de tener que modificar los archivos para cada caso de ensayo, es decir para cada carga y ángulo, estos archivos piden los datos cada vez que se ejecuta y arranca la simulación automáticamente, en lugar de tener que modificar el código. Terminada la simulación arroja por pantalla los valores promedios de la aceleración tanto horizontal como vertical. Como resultado de la simulación además se obtiene la evolución durante la parada de emergencia de la aceleración, velocidad y posición de la cabina. Estas señales se pueden ver a través de los scopes que tiene el modelo. Una vez obtenido el modelo se tendrá que validar mediante la comparación de las simulaciones con los datos obtenidos de los sensores usados en diferentes ensayos reales. Además de la comparación visual de las señales, se aplica un método analítico de comparación de señales (Sprague and Geers) que no solo tiene en cuenta el valor puntual de la señal, sino que también tiene en cuenta el desfase de la mismas. El uso de este método analítico permite comparar de una manera óptima las señales de tipo senoidal, ya que los métodos puntuales, que solo comparan valores puntuales, no serían capaces de detectar que se obtiene la misma onda en caso de estar desfasada. Spargue and Grees indica mediante tres coeficientes si el valor promedio de la señal es el mismo, si están en fase ambas señales y por último un coeficiente que combina los dos anteriores y arroja el valor del error en el que se incurre. El uso de la inspección visual y de Sprague and Geers muestra que el modelo proporciona señales de velocidad y posición con poco error. Aunque la aceleración tiene peores resultados al interesar solo el valor medio y comprobar que sus integrales velocidad y posición se ajustan bastante bien lo se da por válido. Validado el modelo y visto que proporciona una simulación correcta se procede a la obtención para cada modelo de los rangos de carga e inclinación en los que se cumple la norma, obteniendo para cada modelo una gráfica que muestra los tres limites que delimitan el área útil. Durante la simulación se detectan las discordancias que aparecen entre la realidad y el modelo. Todas estas discordancias se deben a la simplicidad del modelo, o bien a la forma de aplicar la fuerza del paracaídas. Es decir, la aceleración simulada es muy distinta a la real dada la simplicidad del modelo. La aparición de discontinuidades en las gráficas de desaceleración se debe a la aplicación gradual de la fuerza de frenado. Para ángulos pequeños y cargas pequeñas el paracaídas frena antes de desarrollar toda su fuerza, lo que se traduce en saltos en las gráficas de isodesaceleración que marcan los límites, en especial el de 0.1g. Los resultados de las simulaciones son 7 gráficas que muestran para cada modelo las diferentes configuraciones de carga/inclinación que se pueden usar y que cumplen la normativa. En la última se superponen todas las gráficas para tener una idea del abarque que proporciona toda la familia de paracaídas. Para terminar el trabajo se muestran la distribución del tiempo que se ha empleado en la realización del mismo, unas 317h repartidas de forma heterogénea a lo largo de la vida del proyecto, mostrando que el recurso más usado ha sido el tiempo y como se ha repartido con otras actividades. Además como un presupuesto del coste que se estima que ha tenido la realización del mismo