Estudo de falha em correntes de compensação para elevadores

Abstract

Elevadores são, atualmente, os meios de transporte verticais mais utilizados em edificações. Para acompanhar o constante crescimento da população mundial e o avanço exponencial da tecnologia em diversas áreas, elevadores necessitam ser cada vez mais rápidos e eficientes. Um elevador convencional é composto, basicamente, de carro; contrapeso; máquina; cabos de aço. Em elevadores de alto percurso e alta velocidade, se faz necessária a utilização de correntes de compensação para balancear o peso dos cabos. Estas não necessitam atender nenhum critério de segurança por norma, sendo dimensionadas conforme decisão do fabricante. Relatos de diversas correntes rompidas surgiram entre 2016 e 2017. Uma corrente rompida, em queda livre, apresenta grande risco, podendo atingir o teto do elevador. O objetivo deste estudo é analisar a causa de falha em correntes de compensação, utilizando três abordagens: excesso de carga (ensaios de tração); defeitos de fabricação (análise metalográfica); e vida em fadiga (análise de tensões e cálculo de fadiga). Foram utilizados, para este trabalho, três trechos de corrente rompidas, denominadas CAMPINAS, PORTO ALEGRE e BAHIA. Por meio dos ensaios de tração, foram obtidos valores de carga de ruptura dez vezes maiores que os de carga de trabalho A análise metalográfica apontou falta de penetração na solda na corrente BAHIA e defeitos na região de solda na corrente CAMPINAS que poderiam originar trincas. Antes da avaliação de vida em fadiga nas correntes, foram obtidas as tensões na região da solda. Para isso, o elo foi modelado e simulado em duas e três dimensões utilizando o método dos elementos finitos e foi analisado como uma viga hiperestática. Os resultados obtidos nas três análises apresentaram variações de aproximadamente 2% entre si. O cálculo de vida em fadiga foi feito utilizando dois métodos: o método convencional Tensão – Vida e o método alternativo apresentado na norma norte-americana API 579, recomendado para componentes com solda sem tratamento. O primeiro método resultou em vida infinita para os três elevadores, enquanto o segundo método estimou um tempo de vida de 6,93 anos, 2,54 anos e 9,14 anos para os elevadores CAMPINAS, PORTO ALEGRE e BAHIA, respectivamente. Com este estudo, conclui-se que a falha nas correntes ocorreu por fadiga e pode ter sido acelerada pela presença de defeitos de fabricação.

Elevators are, currently, the most common means of vertical transportation used on buildings. In order to accompany the continuous growth on the world’s population and the exponential growth of technology, elevators need to adapt, becoming faster and more efficient. The conventional elevator’s main components are: car, counterweight, traction machine, and steel ropes. On high-rise and high-speed elevators, the usage of compensation chains becomes mandatory to balance the weight of the steel ropes. These chains don’t need any safety evaluation criteria on Brazilian elevator standards, being projected according to manufacturer's standards. Reports of numerous chain failures have arisen between 2016 and 2017. A broken chain, on free fall, is a great risk, as it may hit the elevator's roof. The purpose of this study is to analyze the reason behind the compensation chain's failure using three different approaches: failure by overload (traction tests); defects on the weld (metallography); and fatigue life (tension analysis and fatigue calculation). For this work. three broken chains' segments were used and named CAMPINAS, PORTO ALEGRE and BAHIA. By doing traction tests, breaking loads ten times bigger than the working load were obtained The metallography pointed out lack of penetration in the welding process on elevator BAHIA and weld defects on the chain link of elevator CAMPINAS that could nucleate a crack. Before the fatigue life evaluation, values for stress on the weld region were obtained. To this end, the chain links were modelled and simulated in two and three dimensions using the finite elements method and were analyzed as hyperstatic beams. The stress results obtained from the three approaches differed about 2% from each other. The fatigue life calculation was made on two different methods: the conventional Tension – Life method and an alternative method presented by the north American standard API 579, recommended for welds in “as-welded” conditions. The first method resulted on infinite life. Meanwhile, the second method estimated a lifetime of 6,93 years, 2,54 years and 9,14 years for the elevators CAMPINAS, PORTO ALEGRE and BAHIA, respectively. With this study, it is concluded that the failure on chain links occurred by fatigue and might have been accelerated by the presence of manufacturing defects.