Whitepaper: Dinámica de frenado de tirolesa

Los frenos zipSTOP y zipSTOP IR Zip Line se diseñaron para proporcionar un freno primario cómodo y confiable que mejora la comodidad del ciclista y el rendimiento de la tirolesa. A pesar del hecho de que zipSTOP es increíblemente confiable, sabemos que es solo una parte de un sistema completo y adecuado de frenado de tirolesa, que es parte del viaje total en tirolesa.

Para cumplir con los requisitos de la industria y las instrucciones de instalación de los componentes, se debe instalar, probar e inspeccionar cada componente dentro de la atracción general.

Las operaciones deben confiar en sus componentes de frenado, como el zipSTOP, pero tener en cuenta la posibilidad de fallas imprevistas del freno principal, como deficiencias en equipos de terceros y errores humanos en la instalación, el mantenimiento y el uso, entre otras cosas. Cualquier instalación de tirolesa con una velocidad de llegada superior a 10 km/h (6 mph) y cuando se utiliza un freno de tirolesa zipSTOP o zipSTOP IR requiere un dispositivo de detención de emergencia (EAD) debido al riesgo de error. Este criterio se basa en las pautas de ACCT y ASTM.

Cuando llega el momento de detener a un participante al final de una tirolesa, las velocidades superiores a 10 km/h (6 mph) producen consecuencias dinámicas en el cuerpo humano. Comprender las presiones que se pueden ejercer sobre el cuerpo humano al pasar del movimiento a una parada segura es fundamental, por lo que se requiere un sistema de frenado bien diseñado y un freno de emergencia o EAD adecuado.

¿Qué es un sistema de freno Zip Line?

La Asociación para la Tecnología de Cursos de Desafío (ACCT) y la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) tienen estándares que se aplican a las tirolinas y los sistemas de frenado de las tirolesas. Los estándares ACCT exigen un EAD, también llamado freno de emergencia, en ciertos escenarios y los requisitos de ASTM establecen que los sistemas de frenado dentro de una tirolesa deben ser a prueba de fallas.

Definiciones y estándares de ACCT:

Sistema de frenos: un arreglo de frenos primarios y de emergencia que están diseñados para funcionar juntos para detener el movimiento de una persona.
Freno de emergencia: un freno ubicado en una tirolesa que se activa sin la participación de ningún participante ante la falla del freno principal para evitar lesiones graves o la muerte.

Los estándares ACCT establecen que un sistema de frenos de tirolesa debe diseñarse para abordar “El nivel de riesgo para el participante que plantea la falla del sistema de frenos o cualquiera de sus componentes, incluido el potencial de pellizcos, ataduras, enredos, etc.”. Los estándares establecen además que “una persona calificada” deberá probar las “características operativas del sistema de frenos en los extremos del continuo de diseño para el peso del participante y la velocidad de llegada”.

Definiciones y estándares de ASTM

*Nota: Los siguientes estándares son extractos relevantes de ASTM F2291 y F2959

Sistema de frenos: en lo que se refiere a los cursos de aventura aérea, los ejemplos de sistemas de frenado incluyen, entre otros: frenos de fricción longitudinal, frenos de disco o tambor, frenos de extremo de motor, ya sea a bordo o fuera del vehículo o dispositivo que transporta al cliente. . Si la falla del sistema de frenado da como resultado una condición insegura, entonces el sistema de frenado debe ser a prueba de fallas.
A prueba de fallas: Característica de un curso de aventura aérea, o componente del mismo, que está diseñado de tal manera que el modo de falla normal y esperado resulta en un
condición segura.

Las normas de ASTM establecen que “el diseñador/ingeniero deberá realizar y documentar un análisis de viaje que ilustre cómo se han manejado los peligros para las personas”. Este informe debe incluir la mitigación de peligros y un análisis de fallas en forma de “Análisis de árbol de fallas, Análisis de modos y efectos de fallas (FMEA) u otra práctica de ingeniería aceptada”.

Comparaciones de velocidad de llegada

Muchas tirolesas están diseñadas y fabricadas para brindar una experiencia emocionante y placentera a los participantes. Esto generalmente da como resultado velocidades de tirolesa, lo que requiere el uso de un freno primario bien diseñado y un EAD independiente. Al final de una tirolesa, zipSTOP y zipSTOP IR se diseñaron para que los participantes se detuvieran suavemente.

El zipSTOP IR, diseñado para adaptarse a tasas de llegada de pasajeros de hasta 60 kph, es el producto que permite la velocidad de llegada más rápida (37 mph). Considere cómo un ser humano que cae desde una altura específica se compara con un ciclista que llega a una velocidad de 60 kph (37 mph). La aceleración gravitacional es una constante en la Tierra y lo es. Una persona que cae desde 4,7 pisos sobre la tierra, aproximadamente 14,2 m, alcanzaría velocidades de 60 kph (16,7 m/s o 37 mph) a una altura de piso típica de 3 m (10 pies).

Sin un sistema de seguridad robusto y completo, nadie consideraría saltar desde un edificio de cinco pisos. Asimismo, las velocidades de tirolina requieren un mecanismo de freno de tirolesa completamente funcional. El freno de tirolesa zipSTOP es simplemente una parte de un completo sistema de frenos de tirolesa; un EAD también es necesario y no debe pasarse por alto.

Considere el cuadro a continuación de una investigación de la NASA titulada Tolerancia humana a las velocidades de impacto para mostrar aún más el requisito crítico tanto para un freno primario como para un EAD. Este gráfico muestra la probabilidad de sobrevivir al golpear una superficie dura y plana a varias velocidades. Demuestra que si un sujeto cae con una velocidad vertical de (sin velocidad horizontal), estará en la “zona de supervivencia marginal”, lo que significa que existe un alto riesgo de daño grave o muerte. Esta es la misma velocidad que golpear una estructura terminal a 60 kilómetros por hora (37 millas por hora) o caer desde 14,2 metros (47 pies).

La “zona de supervivencia garantizada” todavía tiene un alto riesgo de lesiones graves, así que no piense en ella como una conclusión segura, aceptable o deseable. Este cuadro enfatiza el riesgo de lesiones importantes o la muerte si su tirolesa carece de un buen y completo sistema de frenos, así como la importancia crítica de incluir un EAD en su tirolesa. Si falla el freno principal, el EAD debe proporcionar un frenado seguro por sí solo.

Reconocemos que la mayoría de las tirolesas no tienen velocidades de llegada de 60 kilómetros por hora (37 mph). Incluso una velocidad de llegada promedio de 40 km/h (25 mph) puede resultar en una situación peligrosa. Usando la misma analogía, una persona que llega a una velocidad de 40 km/h (11,2 m/s o 25 mph) es similar a caer desde una altura de 6 m (20 pies), o dos pisos. Esto está justo en la cúspide de la transición de una supervivencia definitiva a una improbable. Una vez más, la mayoría de las personas no se sentirían seguras saltando desde esa altura si no se tomaran precauciones de seguridad.

Los gráficos a continuación muestran la relación entre las velocidades de llegada y las distancias de caída libre. Estas cifras se pueden usar para estimar los tiempos de llegada de la tirolesa y determinar qué tan lejos “cae” un pasajero cuando llega a una plataforma terminal. La Figura 3 ilustra cómo un ciclista que viaja a 30 mph tiene la misma velocidad que alguien que cae desde una altura de 30 pies.

¿Por qué no son recomendables los frenos de emergencia accionados por guía? Un freno principal en una tirolesa está diseñado para llevar con éxito a cualquier participante a una parada segura. Se requiere un EAD apropiado independientemente del tipo de freno primario para defenderse de fallas imprevistas del freno primario. Por ejemplo, si una persona se desmaya en una tirolina usando el freno de mano como freno principal, ¿cómo se detendrá al final de la tirolesa? ¿Qué pasaría si una rata mordiera la línea de redirección de un zipSTOP, aislándolo del resto del sistema de frenado? Debe existir un sistema de respaldo para que todos los pasajeros se detengan de manera segura.

Muchos operadores de tirolesas envían un guía antes de que los pasajeros lleguen a la plataforma de la terminal para que puedan saludar a sus pasajeros al final del viaje. ¿Cuál es el freno de emergencia de ese guía si él o ella funciona como un freno de emergencia para los participantes entrantes? Hemos oído hablar de al menos un guía que fue alcanzado por un rayo y quedó inconsciente durante el descenso, lo que imposibilitó el frenado manual.

Es anecdótico, pero es más probable que los guías de tirolesa que los participantes resulten gravemente heridos. La razón principal es que se suben a las tirolesas con más frecuencia que el participante medio, lo que aumenta su exposición. Es comparable a la noción de que los esquiadores de travesía experimentados tienen más probabilidades de quedar atrapados en una avalancha, ya que su tiempo de exposición en terreno de avalancha es mucho más largo. Cuanto más tiempo pases haciendo algo peligroso, es más probable que suceda algo malo. Si algo impedía que un freno principal funcionara según lo previsto, la persona que más se subía a la tirolesa era estadísticamente la más probable de verse afectada. A los guías se les deben proporcionar las mismas garantías que a los clientes que pagan para protegerlos. Como resultado, los frenos de emergencia iniciados por guía no se recomiendan como EAD.

Los EAD activados por guía tampoco se recomiendan debido al mayor riesgo de error humano al intentar activar el EAD, como no restablecer un freno manual o no activar un freno a tiempo. Un nudo prusik es un respaldo popular, pero requiere que la guía tire del nudo para activarlo. Considere las circunstancias en las que sería necesaria esta copia de seguridad. Una guía debe activar el nudo prusik en un par de segundos si falla el freno primario.

Considere un escenario en el que se requiere un dispositivo de detención de emergencia activado por guía. Cuando el participante llega a la zona de frenado, viaja a 60 kilómetros por hora (37 millas por hora) y el freno principal no se despliega. La distancia máxima de frenado del zipSTOP IR es de 20 metros (65 pies), y el participante cubrirá esa distancia en 1,2 segundos. Antes de que el ciclista llegue al final de la línea, es poco probable que el guía utilice el freno de emergencia. El tiempo promedio superior para un solo parpadeo es de 0,4 segundos, según la base de datos de números biológicos útiles de Harvard. Dicho de otro modo, la guía dispone del equivalente a tres parpadeos para responder y activar una parada de emergencia. Por decir lo menos, ese tiempo de reacción sería increíble.

Cargas G experimentadas durante el frenado

Muchos factores influyen en si un ciclista sufre o no un daño importante o muere durante el frenado terminal. Estos pueden incluir el motivo por el que se detiene al participante, la orientación del ciclista, el tipo de hardware que se utiliza, etc. La carga g, o la sensación de peso que se siente al desacelerar, es un parámetro útil para comprender las fuerzas que se ejercen sobre un ciclista durante el frenado. Una persona siente 1 G verticalmente cuando está de pie en el suelo (su propio peso corporal). Cuando un automovilista pisa los frenos, se sienten cargas g horizontales altas, mientras que se sienten cargas g bajas cuando un conductor se detiene con cuidado. Las cargas g que experimenta un objeto que desacelera (se detiene) en una distancia corta son mayores que las que experimenta un objeto que frena en una distancia larga.

Al desacelerar en la dirección +X, como lo hacen la mayoría de las tirolesas al frenar, el participante puede experimentar 6 veces la fuerza de la gravedad (6 G) según la norma ASTM F2291 (consulte la Figura 4). Sin embargo, dentro de la industria de las tirolesas, comúnmente se establece que si una persona experimenta 6 G al frenar, se balanceará hacia arriba y quizás toque la cuerda de la tirolesa. Debido al giro hacia arriba y la comodidad del ciclista, no se sugiere ningún escenario de frenado con un zipSTOP o zipSTOP IR donde un participante encuentre más de 2,5 G. La línea de Distancia de frenado mínima (BD MIN) en las Tablas de distancia de parada en el Manual de instalación, operación y mantenimiento del freno de tirolesa zipSTOP está determinada por este límite.

Echemos un vistazo teórico a cómo los diferentes sistemas de frenado crean cargas g, teniendo en cuenta las cargas g máximas según lo indicado por ASTM (6 G) y nuestro (2,5 G). Recuerde que la distancia de frenado es crucial para comprender las cargas g. Las cargas g que experimenta un objeto que desacelera (se detiene) en una distancia corta son mayores que las que experimenta un objeto que frena en una distancia larga.

Echemos un vistazo a una situación de frenado a la velocidad máxima del zipSTOP IR para ver cuántos G puede encontrar un ciclista. El freno principal no se activa porque una ardilla mordió la línea de redirección. El guía tendría 1,2 segundos para activar el nudo prusik de respaldo. Un freno de emergencia de nudo prusik, si funciona, detendría al ciclista en alrededor de 0,5 metros (1,6 pies). El ciclista estará sujeto a 28,3 G, aproximadamente 5 veces el máximo de ASTM. El ciclista sufriría 14 G incluso si la distancia de frenado fuera un metro entero (3,3 pies). Nuevamente, reconocemos que la mayoría de las tirolesas no tienen velocidades de llegada de 60 kilómetros por hora (37 mph). Incluso una velocidad de llegada más promedio de alrededor de 40 km/h (25 mph) puede resultar en una situación peligrosa. Usando el mismo ejemplo, una persona que viaja a 40 kph (25 mph) experimentará 13 G si se detiene dentro de los 0,5 m (1,6 pies). Considere lo que sucedería si se empleara un EAD ineficaz, como una abrazadera de cable que detendría al ciclista en una distancia mucho más corta.

Tenga en cuenta que el método de cálculo proporcionado es un cálculo teórico simplificado que solo muestra los mejores escenarios de carga g. Los cálculos se basan en la desaceleración del participante a un ritmo constante durante toda la distancia de frenado de emergencia. Por ejemplo, si a un participante que se mueve a 38 kph (24 mph) se le da una distancia de frenado de 1 metro, experimentará 6 G (3,3 pies). Esto no es cierto en todos los escenarios de frenado de emergencia.

Un participante experimentará una carga g mínima y máxima en la realidad. A medida que se comprimen los resortes, aumenta la desaceleración de un paquete de resortes, lo que da como resultado una mayor desaceleración y cargas g que las calculadas en el ejemplo. Un participante tampoco está permanentemente sujeto a un carro, lo que permite que el ciclista se balancee y aumente potencialmente la distancia de frenado, lo que reduce las cargas g. Los datos teóricos pueden servir como punto de partida, sin embargo, existen otras variables que influyen en las circunstancias de frenado de emergencia. Como resultado, las pruebas en el mundo real con equipos de prueba especialmente diseñados y realizados por un diseñador o ingeniero calificado es el método preferido para confirmar un EAD. La Práctica estándar para medir las características dinámicas de las atracciones y los dispositivos de la norma ASTM F2137 describe este tipo de prueba.

Cómo probar un freno primario y EAD

Los estándares de ACCT establecen que un freno de emergencia es: Un freno ubicado en una tirolesa que se activa sin intervención de ningún participante ante la falla del freno principal para evitar lesiones graves o la muerte. Los estándares no especifican ciertos tipos de dispositivos o marcas, y no respaldamos productos en particular. Cada instalación de tirolesa es única y diferente, y es responsabilidad de los instaladores, operadores y constructores asegurarse de que el freno de tirolesa zipSTOP se instale y opere de acuerdo con las normas ACCT y/o ASTM y el Manual del operador zipSTOP con un EAD adecuado. .

Según ACCT, existen requisitos de prueba para un sistema de freno de tirolesa:

Una persona cualificada diseñará los métodos, supervisará el rendimiento y evaluará los resultados de las pruebas operativas. Todas las pruebas deberán proporcionar prueba de lo siguiente:

Características operativas del sistema de frenos en el extremo del continuo de diseño para el peso de los participantes y la velocidad de llegada
Confirmación de que el sistema de frenos funciona de manera confiable y según lo diseñado

Dado que un freno de emergencia es parte de un sistema de frenos completo, tal como lo define la ACCT, debe probarse según las normas de la ACCT si: Al fallar el freno principal, pueden ocurrir las dos cosas siguientes:

El participante llega al área de aterrizaje de la tirolesa a una velocidad superior a 6 mph (10 kph)
El participante experimenta un contacto involuntario y/o dañino con el terreno, los objetos o las personas en el área de aterrizaje de la tirolesa

De acuerdo con la norma ASTM F1193, las pruebas de rendimiento deben completarse:

Prueba de rendimiento: debe consistir en una serie de pruebas específicas que se pueden usar para determinar que la atracción o el dispositivo recién erigido se ajusta a los criterios de diseño originales.

Dado que el criterio de diseño original del sistema de frenos es que sea a prueba de fallas, debe probarse para demostrar que el sistema de frenos es realmente a prueba de fallas. We Technologies recomienda probar la eficacia de un EAD propuesto desconectando el freno principal y enviando una variedad de pesos de prueba (no tripulados) por la tirolesa. Observe la velocidad de llegada y los pesos que impactan en el EAD propuesto. ¿Podrían ocurrir lesiones graves o la muerte, parece dar como resultado una condición segura? Si pueden ocurrir lesiones graves o la muerte o si no resulta en una condición segura, no es
un dispositivo de detención de emergencia.

No se establece directamente en las normas ASTM o ACCT, pero se debe tener en cuenta que ciertas condiciones pueden afectar en gran medida la velocidad de llegada de un participante. Las temperaturas frías, las condiciones húmedas y los vientos fuertes pueden aumentar en gran medida las velocidades de llegada del ciclista y deben tenerse en cuenta durante las pruebas y tenerse en cuenta para el freno primario y el EAD.

Conclusión

Para un sistema completo de frenado de tirolesa y mitigación de riesgos, se requiere un freno primario y un EAD. En el peor de los casos, tener un freno principal y un EAD correctamente diseñados, instalados y probados en su tirolesa podría ser la diferencia entre la vida y la muerte. Esta es una de las razones por las que todas las instalaciones de tirolesas que utilizan los frenos de tirolesa zipSTOP y zipSTOP IR requieren el uso de EAD. Este criterio se basa en las pautas de ACCT y ASTM.

Estas pautas, así como nuestros requisitos de EAD, están destinadas a beneficiar a toda la industria de tirolinas. A medida que la tirolesa se vuelve más popular, menos peligro, mejor confiabilidad y menos casos de lesiones ayudarán a aumentar la confianza y mejorar la salud de la industria. Proponemos realizar pruebas físicas e inspecciones periódicas para garantizar la eficacia de todos los sistemas de frenado, así como garantizar que su freno primario y EAD estén bien diseñados para la peor situación posible.

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