Come funzionano i freni degli ascensori?

La Sears Tower di Chicago, con i suoi 443 metri, è uno degli edifici più alti al mondo ed è servito da più di cento ascensori che viaggiano attraverso i suoi 110 piani a una velocità di circa 9 metri al secondo, circa 33 km/h. Ma che cosa accadrebbe se all’improvviso si rompesse il cavo che sorregge uno di questi ascensori? Un corpo in caduta libera da uno degli ultimi piani della Sears Tower si schianterebbe a terra a una velocità di circa 320 km l’ora. Fortunatamente, appositi dispositivi di sicurezza evitano che corse mortali come questa si possano verificare all’interno degli edifici di tutto il mondo.

Nella sua accezione moderna, l’ascensore fu ideato nel 1854 dall’ingegnere americano Elisha Graves Otis, che presentò proprio in quell’anno alla Crystal Palace Exposition di New York il primo prototipo di montacarichi dotato di sistema di sicurezza. Gli impianti in commercio nella prima metà del diciannovesimo secolo erano molto rischiosi e causavano ogni anno, nei soli Stati Uniti, decine e decine di morti sul lavoro.

Per dimostrare la bontà della sua invenzione, Elisha Graves Otis fece riempire il montacarichi di pesi, dopodiché vi salì sopra e ordinò di sollevare l’intera struttura a circa dieci metri da terra. Giunto all’altezza indicata, con un gesto plateale Otis ordinò di tagliare il cavo che aveva issato il montacarichi. Tra lo stupore generale, venne spezzata la robusta fune di sostegno, condannando a morte certa Otis se il suo sistema non avesse funzionato. Fortunatamente il dispositivo messo a punto dall’intraprendente ingegnere fece il proprio dovere, arrestando la corsa del montacarichi dopo meno di un metro.

Il segreto di questo plateale, ma ingegnoso, successo risiedeva in una molla ad arco fissata alla parte superiore della piattaforma. Durante la fase di risalita la grande molla si era incurvata, lasciando il montacarichi libero di muoversi sulle guide verticali. In assenza della trazione del cavo, reciso dopo l’ordine di Otis, la molla era ritornata nella posizione originaria andandosi a incastrare perfettamente nelle tacche presenti sulle guide del montacarichi. La dimostrazione fu un successo: il primo ascensore dotato del nuovo sistema di sicurezza progettato da Otis fu installato a New York nel 1857 in un edificio a cinque piani nel quartiere di Broadway.

L’invenzione di un dispositivo di sicurezza semplice ed economico, ma estremamente affidabile ed efficiente, costituì un vero punto di svolta per l’architettura urbana di molte città americane, che videro così nascere i primi grattacieli. Mentre prima gli edifici erano generalmente di sei piani, per non obbligare gli abitanti a vere e proprie scalate, ora l’ascensore consentiva agli architetti di progettare nuove abitazioni sempre più ardite e naturalmente alte. L’introduzione verso la fine dell’Ottocento dello scheletro di ferro, fornì poi un ulteriore incentivo per la costruzione di edifici sempre più alti.

Nonostante siano passati più di 150 anni dall’invenzione di Otis, il funzionamento dei moderni ascensori non differisce poi molto da quello dei lori antenati. La cabina viaggia generalmente tra due guide collocate sulle pareti del tunnel verticale ed è sollevata da robusti cavi in acciaio collegati a un argano. Se il cavo si spezza, alcuni elementi collocati sui lati della cabina si incastrano negli appigli presenti sulle guide, del tutto simili a quelli progettati nel 1854 da Elisha Graves Otis.

Non sempre un ascensore precipita a causa della rottura del cavo che lo sostiene. Un cortocircuito all’argano che solleva la cabina può essere, infatti, altrettanto pericoloso. Un altro componente chiave del sistema di sicurezza di un ascensore moderno è il limitatore di velocità. Collocato nella parte inferiore della cabina, questo dispositivo sfrutta la forza centrifuga per rallentare la corsa dell’ascensore in caso di malfunzionamento. Quando l’ascensore supera una certa velocità, un peso collocato nel pavimento della cabina si sposta verso l’esterno raggiungendo un interruttore che interrompe immediatamente l’erogazione di corrente elettrica all’argano a motore, che spegnendosi frena la corsa della cabina senza dover ricorrere al dispositivo di sicurezza Otis. Talvolta però, specie nei grattacieli molto alti, la forza di inerzia dell’ascensore in caduta è superiore alla resistenza opposta dal motore disattivato. In questo caso, alla semplice resistenza dell’argano si somma il tradizionale dispositivo di sicurezza, che frena la cabina prima che si schianti al suolo.

Non c’è dunque da avere alcuna paura prendendo un ascensore, tuttavia fare le scale a piedi rimane una forma di ginnastica molto sana ed economica…