História do elevador: do freio de Otis aos 75 km/h
O elevador já existia antes de 1853, como guincho de carga. O que faltava era confiança: se o cabo rompesse, a plataforma caía. A história do elevador de passageiros começa com um freio que resolveu esse medo, e, 60 anos depois, o prédio mais alto do mundo tinha 55 andares.
Este artigo conta a história do elevador pela engenharia, com as datas da fabricante Otis, os recordes de velocidade da Hitachi e da Mitsubishi e duas contas: quanto um contrapeso economiza de motor e qual é a aceleração do elevador mais rápido do mundo.
1853: o freio que tornou o elevador aceitável
Elisha Otis vendeu o seu primeiro elevador em 1853, depois de inventar o freio de segurança, segundo a cronologia da empresa que leva o seu nome. No ano seguinte veio a demonstração que ficou famosa, numa exposição em Nova York: Otis subiu numa plataforma, mandou cortar o cabo que a sustentava, e o freio interrompeu a queda na hora.
O princípio é o de qualquer dispositivo de segurança que funciona por falta: enquanto o cabo está tensionado, ele mantém as travas recolhidas; quando o cabo afrouxa ou rompe, as travas se abrem e agarram as guias laterais. O elevador não depende de alguém perceber o problema. A patente do sistema saiu em janeiro de 1861, segundo a mesma cronologia.
Em 1857 a empresa instalou o seu primeiro elevador de passageiros, numa loja de departamentos de cinco andares em Nova York, o edifício Haughwout.
Do vapor à tração elétrica
Os primeiros elevadores eram movidos a vapor e depois a pressão de água. Em 1878, a Otis lançou um elevador hidráulico com cabos que chegava a 244 m por minuto, segundo a empresa. São 244 ÷ 60 ≈ 4,1 m/s, ou 14,6 km/h, já mais rápido que subir escada correndo.
A mudança seguinte foi o motor elétrico, no fim do século 19, e com ele a máquina de tração: o cabo passa por uma polia motorizada no alto do poço, com a cabine numa ponta e um contrapeso na outra. Em 1903 a Otis apresentou uma máquina de tração sem engrenagens aperfeiçoada, o arranjo que tornou possíveis os prédios muito altos e que continua em uso.
A conta do contrapeso
O contrapeso é a ideia mais econômica do elevador. Ele costuma pesar o mesmo que a cabine vazia mais cerca de metade da carga máxima (valor de referência usual, que não conferimos em norma). Tome uma cabine de 1.000 kg para 630 kg de carga, oito pessoas (premissas nossas):
- Contrapeso: 1.000 + 630 ÷ 2 = 1.315 kg.
- Cabine cheia: 1.000 + 630 = 1.630 kg.
- Diferença que o motor precisa vencer: 1.630 − 1.315 = 315 kg.
A 1 m/s, erguer 315 kg pede 315 × 9,81 × 1 ≈ 3,1 kW. Sem contrapeso, o motor teria de erguer os 1.630 kg inteiros: 1.630 × 9,81 × 1 ≈ 16 kW. O contrapeso corta a potência a um quinto, sem contar atritos (conta nossa). Com a cabine pela metade, os dois lados se equilibram e o motor só vence o atrito.
1950: o elevador sem ascensorista
Durante quase um século, os elevadores dos grandes edifícios tinham um operador, que controlava a partida, a parada e o nivelamento com o andar. Os comandos automáticos foram tomando esse lugar aos poucos. Em 1950, a Otis instalou o primeiro sistema Autotronic num prédio de 11 andares em Dallas, nos Estados Unidos, segundo a empresa. Era um conjunto de elevadores que distribuía as chamadas sozinho.
Foi essa automação que permitiu os grupos de elevadores dos grandes edifícios, em que um controlador decide qual cabine atende cada chamada.
O que o elevador fez com as cidades
Antes do elevador, os andares altos eram os piores do prédio. Uma reportagem do jornal Boston Globe resume: os andares de cima eram espaços distantes e modestos, ocupados por criadas e por inquilinos de aluguel barato, de quem se podia esperar que subissem seis lances de escada. Com o elevador, a lógica se inverteu. Na frase da reportagem, o elevador marcou o fim do sótão e o começo da cobertura.
A altura dos prédios acompanhou. Segundo a mesma reportagem, o edifício mais alto passou dos 20 andares do Masonic Temple, em Chicago, aos 55 do Woolworth Building, em Nova York, em 1913. O elevador não fez isso sozinho: precisou da estrutura de aço, que tirou das paredes o trabalho de sustentar o prédio. Um exemplo da geração seguinte está em o Empire State Building e sua construção recorde.
Os elevadores mais rápidos de hoje
| Elevador | Velocidade | Dado adicional | Fonte |
|---|---|---|---|
| Otis hidráulico com cabos (1878) | 244 m/min (4,1 m/s) | marco histórico | Otis |
| Shanghai Tower, Mitsubishi (recorde certificado em 2016) | 1.230 m/min (20,5 m/s; 73,8 km/h) | o prédio tem elevadores de emergência com percurso de 578,55 m | Mitsubishi Electric |
| Guangzhou CTF, Hitachi (recorde certificado em 2019) | 1.260 m/min (21 m/s; 75,6 km/h) | 440,4 m em cerca de 42 s | Hitachi |
O recorde reconhecido pelo Guinness em setembro de 2019 é do elevador da Hitachi no Guangzhou CTF Finance Centre, um prédio de 530 m na China, segundo o comunicado da fabricante. Os dados da Shanghai Tower são de um comunicado da Mitsubishi Electric de 2016; a torre é assunto de como a Shanghai Tower reduz o impacto dos ventos. Não conferimos se algum elevador mais recente superou essas marcas.
A conta da aceleração
O elevador de Guangzhou percorre 440,4 m em cerca de 42 s. A velocidade média é 440,4 ÷ 42 ≈ 10,5 m/s, praticamente a metade da máxima, de 21 m/s. Isso indica um percurso em que a cabine acelera durante a primeira metade do tempo e freia durante a segunda, quase sem trecho em velocidade constante. A aceleração média seria de 21 ÷ 21 s = 1 m/s², cerca de um décimo da gravidade (conta nossa, com perfil simplificado; o pico real é um pouco maior).
O conforto do passageiro pesa nesse projeto. A Hitachi cita um controle de pressão do ar na cabine para aliviar a sensação de ouvido tapado, e a descida é limitada a 600 m por minuto, menos da metade da subida. Neste percurso de 440 m, a cabine mal atinge a velocidade máxima e já precisa frear.
O que vem depois do cabo
O cabo de aço também tem limite: quanto mais longo o percurso, mais o próprio cabo pesa, até que ele gasta boa parte da sua resistência só para se sustentar. Em parte por isso, e também para economizar área de poços, os prédios mais altos dividem a viagem em trechos, com troca de elevador em andares intermediários. O Burj Khalifa, por exemplo, tem 65 elevadores da Otis, segundo a fabricante; a obra está em como foi construído o Burj Khalifa.
Duas linhas de pesquisa tentam contornar esse limite: cabos de materiais mais leves que o aço e cabines sem cabo, movidas por motores lineares, que poderiam andar também na horizontal. Essa segunda ideia está em engenharia e estrutura dos elevadores sem cabos. Não conferimos em fonte primária o estágio atual desses sistemas.
Perguntas frequentes
Quem inventou o elevador?
Elevadores de carga já existiam. Elisha Otis inventou o freio de segurança, vendeu o primeiro elevador com ele em 1853 e o demonstrou em público em 1854. Foi o que tornou o elevador de passageiros aceitável.
Quando surgiu o primeiro elevador de passageiros?
A Otis instalou o seu primeiro em 1857, numa loja de cinco andares em Nova York.
O que acontece se o cabo do elevador romper?
Nos elevadores atuais, um limitador de velocidade detecta a queda e aciona o freio de segurança, que agarra as guias e para a cabine. Os elevadores de tração usam vários cabos, dimensionados com folga (detalhe que não conferimos em norma), e o freio atua mesmo que todos falhem.
Para que serve o contrapeso?
Para equilibrar o peso da cabine. Com ele, o motor só precisa mover a diferença entre os dois lados, o que reduz a potência a uma fração.
Qual é o elevador mais rápido do mundo?
O recorde reconhecido em 2019 é o do Guangzhou CTF Finance Centre, na China: 21 m/s, ou 75,6 km/h.
A história do elevador é a de três ideias: um freio que atua quando o cabo falha, um contrapeso que deixa o motor carregar só a diferença e um comando que dispensa o operador. Juntas, elas inverteram o valor dos andares e deixaram as cidades crescerem para cima. Outras invenções que mudaram a escala das construções estão em curiosidades da engenharia.
