A Engenharia por trás das Montanhas Russas

Sempre que vamos a um parque de diversões, nos deparamos com grande estruturas curvas, as quais são chamadas de montanhas russas.  Para aqueles que curtem trajetos bastante radicais e não abrem mão do ‘frio na barriga’, quanto mais curvas e ‘loopings’ uma montanha russa tiver, melhor. Entretanto, o que se sabe pouco é quais são os métodos utilizados por engenheiros para fazer com que as montanhas russas funcionem de forma segura e ao mesmo tempo emocionante.

Suportes e Trilhos

As montanhas-russas existem há séculos e nos últimos 150 anos vêm recebendo dedicação especial dos engenheiros para ficarem cada vez mais radicais, seguras e duráveis. Um bom exemplo é a Cyclone do Coney Island, com estrutura de aço e trilhos de madeira, fazendo sucesso há mais de 80 anos.

A estrutura é uma das principais partes da montanha-russa. É necessário fazê-la barata, forte e durável. Se mergulharmos fundo no conceito de esforços estruturais, descobriremos que todas as fabricantes de montanhas-russas usam uma coisa em comum em suas estruturas: o triângulo. O triângulo é a forma estrutural mais forte já criada.

Se você pegar um quadrado e forçá-lo, você pode transformá-lo num paralelogramo ou em outra forma qualquer. Com um triângulo, não. Não importa em qual ponta a força seja aplicada, ele continuará com formato de triângulo. É por isso que vemos tantos triângulos nas estruturas das montanhas-russas. Mesmo quando o suporte é em forma de ‘V’ de ponta-cabeça, eles formam um triângulo, pois a base o completa.

Podemos ver alguns bons exemplos de triângulos na estrutura da Kingda Ka e da Top Thrill Dragster. Nas montanhas-russas de madeira, isso sempre existiu. Como a madeira é mais fraca que o aço, é preciso usar uma estrutura maior e com muito mais triângulos. Outros bons exemplos estão nas montanhas-russas da B&M, conhecidas pela suavidade do passeio. Os trilhos das B&Ms não têm formato triangular porque a base quadrada dá mais estabilidade. Mas utilizam muito mais triângulos na estrutura do que as outras fábricas, criando uma estrutura muito mais estável e com um passeio muito mais suave, mas aumentando consideravelmente o custo da atração.

Forças

Um exemplo de força exercida numa montanha-russa é aquela quando o trem está perto do chão e atinge a maior velocidade. Essa força que empurra o trilho para baixo força os suportes na direção do chão, como se estivesse tentando diminuir o tamanho deles. Esse esforço é chamado de “compressão”. Por isso, existem as fundações: para não deixar que essa força empurre o suporte para dentro da terra. As fundações de montanhas russas, assim como as fundações dos prédios, precisam ser feitas de concreto reforçado com vergalhões de aço dentro. Se não houvesse este reforço, o peso do carrinho forçado contra o trilho racharia o concreto e afundaria o suporte.

Outra força gerada pelo carrinho da montanha-russa e que atua sobre a estrutura é quando o trem passa com muita velocidade por uma colina, o que provoca Forças G’s negativas. Essa força tende a esticar os suportes ou tirá-los do chão e provoca um esforço no suporte que é chamado de “tração”, que pode ser sentido quando se tem a sensação de estar descolando do acento. É como se a estrutura estivesse esticando. Para controlar essas forças, também existem as fundações de concreto reforçado que não deixam os suportes saírem do chão.

Tipos de Lift

Nos últimos anos, a indústria da diversão tornou-se muito diferente do que era nos anos 90. Vários sistemas de propulsão foram inventados nos últimos 10 ou 11 anos. Existem diversas formas de fazer um carrinho andar: pode ser com um sistema de lançamento ou através das “rampas” (lift hill) tradicionais, sendo que todas as montanhas-russas têm um dos dois.

O mais comum de se ver é a rampa, mas ela apresenta muitas variações, dependendo do peso do trem e do número de carrinhos que devem ser levados ao topo da montanha-russa. Todas as montanhas russas que utilizam rampas possuem travas que não deixam o trem voltar caso ocorra queda de energia: são os “anti-rollbacks”.

Outro sistema bastante comum é o que utiliza um cabo de aço (cable lift). Geralmente, este sistema é usado em montanhas-russas com mais de 30 graus de inclinação na subida, mas existem exceções, como as Euro Fighters da Gerstlauer (90 graus), que utilizam uma rampa com corrente normal. Alguns exemplos de montanhas-russas que sobem por meio de um cabo são a Millennium Force, Expedition Ge-Force, a Goliath do Walibi World e a Thunder Dolphin, todas fabricadas pela Intamin, que desenvolveu o sistema.

O que torna este sistema único é que o cabo tem um gancho na ponta que “agarra” o carrinho e se movimenta em um par de trilhos separados, dentro do trilho principal em que o trem anda.

Existe ainda outro sistema usado em montanhas-russas invertidas, no qual o trem é literalmente empurrado para cima numa subida em espiral. São as montanhas-russas voadoras da Zamperla, como a The Flying Coaster, do Six Flags Elitch Gardens.

Sistemas de Lançamento

Atualmente, as montanhas-russas estão se tornando cada vez mais arrojadas. Em vez de subirem por meio de um cabo ou corrente, algumas são lançadas em alta velocidade. Estas montanhas-russas surgiram na década de 70, mas não se tornaram populares até a década de 90: são as launched coasters.

Existem vários tipor de lançamento, como por contra peso (década de 70), por ar comprimido, hidráulico, LIM e LSM. Por enquanto, só existem suas montanhas-russas que utilizam ar comprimido: a Hypersonic XLC e a Dodonpa, ambas fabricadas pela S&S Power e seus lançamentos são considerados os mais intensos do mundo.

No lançamento por ar comprimido, o sistema pesa o trem para saber a quantidade de ar que vai ser necessária para colocá-lo em movimento. Em seguida, o trem vai para o trilho de lançamento, onde um dispositivo que fica dentro do trilho é conectado. Finalmente, o ar comprimido é liberado atrás deste dispositivo, dentro de um tubo, empurrando o trem para frente numa velocidade absurda. O ar comprimido também é utilizado em algumas torres de queda-livre, como o Turbo Drop do Playcenter.

Outro tipo de sistema de lançamento é o LIM – Linear Induction Motor (Motor de Indução Linear). O LIM é um dos sistemas mais comuns nas montanhas-russas de lançamento e é bastante parecido com o LSM – Linear Synchronous Motor (Motor Linear Sincronizado). Os LIMs e os LSMs funcionam através de ímãs que mudam os pólos rapidamente para atrair e repelir o trem numa seqüência de aceleração.

Algumas empresas que utilizam os sistemas LIM e LSM são a Intamin e a Premier. As montanhas-russas que utilizam o LIM ou o LSM podem ser comuns ou invertidas, mas todas utilizam o mesmo conceito de atrair e repelir em alta velocidade.

O sistema de lançamento hidráulico foi desenvolvido pela Intamin e é usado em montanhas-russas como: Xcelerator, Top Thrill Dragster, Kanonen, Kingda Ka, Rita Queen of Speed, Stealth, Speed Monster, Storm Runner, Superman Escape, Yunisao Speeding Car e a Zaturn. O lançamento hidráulico também é bem rápido e intenso, mas nada tão exagerado como o de ar comprimido.

Funciona da seguinte maneira: quando o trem se aproxima da seção na qual será lançado, o dispositivo de lançamento vem e se conecta na parte de baixo do trem. Antes de lançar, os freios magnéticos que ficam sobre os trilhos descem. Em seguida, o nitrogênio nos tanques começa a ser pressionado conforme o óleo é bombeado nos tanques. Assim que o nitrogênio é comprimido a uma pressão extrema, a bomba para e o nitrogênio vai para um cilindro. A partir daí, ele é conduzido por meio de mangueiras aos motores hidráulicos que giram rapidamente o “disco” no qual o cabo está conectado. Com isso, o trem dispara em altíssima velocidade para uma volta incrível.

Independente da maneira a qual a montanha russa será projetada e seu funcionamento executado, percebe-se que as possibilidades são infinitas nas mãos de um engenheiro.

Fonte: https://construcaocivilpet.wordpress.com