Ascensori: come sono fatti, come funzionano e quali sono le tipologie in uso

Un ascensore è un mezzo di trasporto verticale a trazione a fune oppure oleodinamica che permette lo spostamento di persone tra i diversi livelli di una struttura multipiano. Si parla anche di impianti di sollevamento, che comprende in generale sia quelli che consentono lo spostamento di persone (ascensori appunto), che quelli che consentono lo spostamento di materiale e/o oggetti (montacarichi). La definizione della sua geometria e della sua velocità rappresentano alcuni dei parametri di progetto che un tecnico è chiamato a definire. La tecnologia nascosta all'interno dell'involucro identifica la tipologia di ascensore e i meccanismi di sicurezza presenti, necessari per evitare che condizioni indesiderate compromettano la sicurezza degli utilizzatori. Vediamo in questo articolo quali sono le principali caratteristiche e le diverse tipologie attualmente in uso.

Come è composto un ascensore

La storia degli ascensori ha origini antiche, ma il principio meccanico di funzionamento non è in sostanza cambiato: si tratta di un sistema che trasmette una forza sufficiente ad una struttura per permettere alla stessa di potersi alzare e vincere la forza di gravità, ovvero scendere con velocità imposta e senza subire accelerazioni. Dobbiamo in generale riferirci a più componenti che concorrono alla definizione completa del sistema ascensore. In particolare, abbiamo:

• La cabina di sollevamento, cioè la struttura a servizio degli utenti per garantire il sollevamento su vari livelli, nonché comandare – con opportune pulsantiere – la destinazione desiderata.
• Il sistema impiantistico dell'ascensore, ovvero quella parte di organi elettrici e meccanici che garantiscono l'effettivo sollevamento della cabina.  Tra questi possiamo includere anche il sistema di guide che delineano – come dei binari – la traiettoria di marcia della cabina.
• Il vano ascensore, ovvero quella quella parte di struttura che delinea lo spazio di posizionamento della cabina e della parte impiantistica del sistema. Il vano può estendersi oltre l'altezza massima dell'edificio (cioè la copertura), ovvero più in profondità rispetto al piano di posa del corpo di fondazione (si parla, in questo caso, di fossa del vano ascensore).

Tipologie di ascensori: i meccanismi di funzionamento

Vediamo brevemente la distinzione principale tra i due meccanismi di funzionamento utilizzati per far muovere un ascensore.

Ascensori a fune

Sono necessari quando il numero di piani da servire diventa considerevole. In pratica, la cabina contenuta nel vano ascensore, indirizzata dalle guide, è tenuta in sospensione da una serie di funi metalliche di acciaio, solitamente trefoli di acciaio armonico (cioè acciaio ad alto contenuto di carbonio) saldamente ancoranti la cabina. Queste funi si sviluppano lungo il vano ascensore e passano intorno ad un dispositivo posto in sommità del vano, chiamato argano: è questo che rappresenta il vero e proprio macchinario di sollevamento, cioè l'elemento che fornisce l'energia cinetica sufficiente alla cabina per muoversi verso l'alto o viceversa. Dall'altro lato dell'argano, sempre alle stesse funi è collegato un grosso contrappeso. Questo contrappeso si muove in senso opposto alla cabina, in quanto segue il movimento della fune che lo collega: nella sostanza, è un elemento che bilancia in parte il peso della cabina e dei passeggeri, minimizzando dunque le sollecitazioni che, altrimenti, l'argano sarebbe costretto a sopportare.

Ascensori idraulici/oleodinamici

A differenza degli ascensori a fune, gli ascensori idraulici non sono "appesi" a un cavo. Piuttosto, le cabine degli stessi sono sorrette e spinte da un sistema cilindro-pistone con l'ausilio di un liquido in pressione. È proprio il liquido che, grazie alla regolazione di pressione governata esternamente, riesce a generare la giusta spinta di sollevamento al cilindro di supporto che dunque fa muovere la cabina. In questo caso, pertanto, non si ha necessità di un contrappeso in quanto non c'è un argano di sollevamento che deve trasferire energia per movimentare la fune. Di contro, la corsa del cilindro ha un suo ingombro e lo stesso cilindro ha una sua stabilità che diminuisce al crescere dell'altezza da servire. Per questi motivi, l'applicazione di questa tecnologia è limitata a casi in cui si hanno altezze ridotte da servire. Ciononostante, questa tipologia di ascensori mostra mediamente costi inferiori di montaggio e maggiori facilità di adattamento, soprattutto ad edifici esistenti.

I dispositivi di sicurezza

Gli ascensori sono dotati di veri e propri freni che permettono di bloccare gli spostamenti della cabina nel caso in cui si verifichino problemi. Il meccanismo di frenatura si attiva in automatico quando le velocità di caduta aumentano del 20-30% rispetto alla velocità di funzionamento ordinario e, grazie all'attrito che si genera dal contatto dei freni con le guide, si dissipa l'energia cinetica fino a farla esaurire completamente.

Nel caso degli ascensori a fune, lo stesso contrappeso è progettato in maniera tale da essere anche un meccanismo di protezione in caso di guasto. Lo stesso infatti è in grado di equilibrare il peso della cabina e di un carico pari alla metà della massima portata di progetto. Pertanto, se il guasto si verificasse in condizioni di carico ridotto, l'ascensore piuttosto che cadere, salirebbe. La sicurezza, in questi casi, è garantita anche dalla presenza di un numero ridondante di funi: nella pratica, le funi presenti lavorano a valori di sollecitazione estremamente ridotti, così tanto che già una delle presenti sarebbe da sola in grado di far funzionare il sistema.

Le velocità di percorrenza

Gli ascensori a fune risultano essere di gran lunga più veloci degli ascensori idraulici. Per i primi, si hanno velocità di percorrenza che si aggirano intorno al metro per secondo (m/s), in condizioni ordinarie. Per gli ascensori idraulici, questi numeri possono scendere fino anche alla metà (0,5 m/s orientativamente). Tuttavia, la riduzione di velocità rende gli ascensori idraulici meno rumorosi.

Le velocità di percorrenza in ascensore non sono solo vincolate da condizioni meccaniche, bensì anche da problemi di funzionalità e confort per i passeggeri. Infatti, velocità elevate sono spesso collegate ad accelerazioni/decelerazioni elevate, che condizionano il confort di marcia degli occupanti. Tuttavia, in alcuni casi – per esempio nei grossi grattacieli – avere ascensori performanti in velocità può essere essenziale per la funzionalità degli spazi che la macchina serve. Per questa ed altre ragioni, solitamente lo schema di progetto di ascensori in queste particolari condizioni si effettua mediante la costruzione di varie linee parallele, che servono specifici, se non unici, livelli. In questo modo, incrementando e vincolando le distanze di percorrenza (non ci possono essere fermate intermedie), si ha la possibilità di avere una marcia di maggiore lunghezza e quindi velocità più elevate, senza incrementi elevati delle accelerazioni/decelerazioni di partenza e arrivo. In questi casi si arriva a valori di velocità di 10 m/s o più.

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