¿Cuál es la mejor grúa torre? La segunda parte

Oct 07, 2023

Por Heinz-Gert Kessel23 de mayo de 2022

¿Es el diseño de grúa torre baja o plana el que está liderando el camino en las clases de grúas torre de alta capacidad? Heinz-Gert Kessel informa en la segunda parte de un artículo de dos partes.

Según los fabricantes chinos, que dominan el mercado de grúas torre planas para cargas pesadas, la proporción de construcciones prefabricadas aumentará del 15 por ciento en 2020 al 30 por ciento en 2025.

Los grandes proyectos de infraestructura, como puentes de gran luz y estaciones de trenes de alta velocidad, necesitan megagrúas torre planas. Según Zoomlion, en 2021 las ventas de sus grúas torre con una potencia nominal de 600 toneladas metro o más aumentaron un 100 %.

Los proyectos de energía a carbón disminuirán y es posible que haya menos demanda de grúas de techo plano de 2.000 toneladas metro. Esto podría conducir a una reducción del tamaño de las características de diseño de las megagrúas para la construcción general de elementos prefabricados en la clase de 800 a 1.200 toneladas metro.

Otra tendencia en grúas torre planas de capacidad ultrapesada y hechas a medida es para grandes proyectos de construcción de pilones de puentes. Esto lo demuestra el Zoomlion W12000-450. El elevador pesado de 450 toneladas de capacidad con una altura bajo el gancho de hasta 400 metros está dirigido a lugares de trabajo a los que no se puede acceder con grandes grúas móviles.

En el sector energético, la instalación de turbinas eólicas es un nuevo mercado de grúas torre donde XCMG, Zoomlion, Yongmao y Jinli Heavy Technology han desarrollado luffers de alta capacidad. Ofrecen una capacidad de hasta 200 toneladas y, en muchos casos, utilizan el sistema de torre desarrollado originalmente para grandes grúas planas.

Zhongsheng Construction Machinery (Nanjing) Heavy Industry (ZS) se fundó en 1993 y se especializa en producción, venta y arrendamiento. Introdujo el diseño de grúa de punta plana con pluma de triángulo invertido en el que el polipasto se coloca encima de un contrapluma rectangular. Significa que el cable de elevación se enrolla sobre la pluma completa con uno o dos soportes de polea de cable hasta la sección del extremo del plumín. ZS adaptó rápidamente estos principios de diseño a grúas de alta capacidad como la ZSC70240 en la clase de 2.000 toneladas metro.

Hasta 2008 se habían construido casi 40 grandes grúas torre de más de 1.000 toneladas metro. En 2009, se describió un diseño mejorado en la patente CN201495051 que sienta las bases para la mayoría de las grúas planas de elevación pesada construidas en China con una capacidad superior a 50 toneladas. Los ejemplos incluyen Finehope, Jinli Heavy Technology, SYM, Shen Yang BAO Quian, Yongmao, XCMG y ZhengZhou Kerun.

Lo más importante es que el diseño de la sección transversal del brazo de un triángulo invertido reduce el peso y el tamaño del carro. Es un carro monorraíl que aumenta la capacidad de la grúa porque reduce el peso muerto total. Esta característica de diseño chino en una grúa de techo plano de 2.100 toneladas con plumín de 80 metros, en comparación con una grúa europea de techo bajo de 1.400 toneladas con plumín de 80 metros, ofrece una carga en punta un 50 % mayor.

El momento de carga casi doble significa que un brazo triangular invertido es un 36 % más pesado pero el carro es un 6 % más ligero que el de una grúa de 1.400 toneladas-metro.

Como cualquier otro diseño de grúa de techo plano, el brazo es autoportante. Significa que la tensión siempre ocurre en el miembro superior y la compresión en los miembros inferiores. Esto se aplica sin importar dónde se encuentre la carga a lo largo del brazo. Las fuerzas en las secciones del foque siempre actuarán en la misma dirección, lo que reduce considerablemente la fatiga. La aplicación de un elemento de alma tubular que conecta los dos cordones superiores con el cordón inferior reduce la carga del viento.

Es esencial que los flat tops grandes tengan una fácil instalación del foque en lo alto del aire. Las conexiones con pasadores de bisagra de los segmentos del foque y la ausencia de colgantes del foque reducen el tiempo y la mano de obra de montaje. Al mismo tiempo se mejora la seguridad en los trabajos de instalación en altura. Para reducir el tamaño de la grúa móvil necesaria para el montaje, se pueden añadir por separado el plumín y el contrapluma para formar la grúa superior. Un foque de 80 metros normalmente consta de nueve secciones de foque, las tres primeras de las cuales son las más pesadas. La sección del brazo base de 12 metros de largo probablemente sea la más pesada. En la categoría de 2.000 a 2.500 toneladas, esto equivale a una carga de 25 a 28 toneladas.

Si es necesario cambiar la longitud del brazo durante un proyecto, esto se puede hacer sin una grúa auxiliar. Una torre de perforación situada en la parte superior del brazo puede bajar las secciones de la pluma una por una. Simplemente significa redirigir el cable de elevación y mover la torre de perforación sobre la amplia parte superior de la pluma. Los aparejadores también pueden usar plataformas de acceso amplio en la parte superior de la pluma para quitar o instalar los pasadores de las bisagras.

Se han realizado cambios en los diseños recientes de grúas de carga pesada para reducir el peso muerto de las secciones de base del brazo. Se utilizan cuerdas dobladas en la parte superior de las secciones del foque triangular invertido. Otro beneficio de duplicar significa que se pueden usar pasadores más pequeños para conectar las secciones del brazo.

De esta manera, en tan sólo cuatro días se puede poner en servicio una grúa de 2.000 toneladas por metro con una pluma de 80 metros y una altura libre de 50 metros. A diferencia de los modelos más antiguos, el cable de elevación ahora se enrolla mediante una sola polea en la parte superior de la segunda sección del brazo.

Con la ubicación del cabrestante de elevación encima del contrapluma rectangular, se mantiene la ventaja de un gran ángulo de flotación para el cable de elevación. Esto significa que se puede utilizar un tambor de elevación ancho, a diferencia de un diseño de cabezal de torre convencional o de cabezal de torre bajo. Esto se debe a la gran distancia entre la polea del plumín y el cabrestante de elevación del contrapluma. Además, permite aumentar la capacidad del cable.

Otro beneficio del diseño chino de parte superior plana es que cuenta con un cabrestante de elevación doble para una aplicación de servicio súper pesado. Esto se logra mediante el principio básico de colocar las plataformas del cabrestante encima del contrapluma rectangular y el número limitado de poleas de soporte necesarias para guiar el cable de elevación.

Se puede utilizar una disposición de carro doble para aumentar la capacidad. Más bogies significan menos presión sobre los rieles de un solo bastidor. Un diseño liviano para la versión con carro doble significa menos peso muerto y más capacidad. Para operaciones con cargas pesadas, una barra de equilibrio conecta los bloques de ambos carros.

El cabrestante del carro y los tensores de alambre se encuentran dentro del contrapluma rectangular. También es probable que el gabinete eléctrico tenga un mejor acceso debido a los amplios pasillos del brazo del mostrador. Para mayor flexibilidad, algunos diseñadores eligen un contrapluma modular, que consta de más de dos partes. Permite que diferentes longitudes se correspondan con la longitud de la pluma. Esta es una característica que se hará más evidente cuando las grandes grúas ya no sirvan en las grandes centrales eléctricas con brazos de 70 u 80 metros. En los últimos años, estas grúas se utilizaron principalmente en proyectos de centrales eléctricas cada vez más grandes. Las correspondientes grandes grúas de pluma abatible, construidas principalmente por Finehope y ZhengZhou Kerun FZQ, alcanzaron sus límites económicos.

En proyectos de centrales eléctricas de 800 a 1.000 MW, la superficie a cubrir por la grúa torre es demasiado grande para una grúa de pluma abatible. Las combinaciones de brazos muy largos excederían la carga del sistema de torre real y ralentizarían los movimientos de radio largo. Además de resolver el problema del alcance y la capacidad, cambiar el tipo de grúa a un cabezal de martillo moderno ofrece otros beneficios. Una característica inherente es que ofrece una trayectoria de carga horizontal precisa.

También permite reutilizar los grandes tramos de mástil de grúa existentes, reduce el consumo de energía y el coste de aparejo es menor. Además, el diseño modular de la grúa de techo plano para carga pesada permite su aplicación en proyectos de construcción general y proyectos de infraestructura a gran escala donde las grandes luffers también serán inadecuadas.

Las grandes grúas Finehope, Jinli Heavy Technology de clase de 1.000 a 2.600 toneladas metro con una capacidad de elevación de hasta 150 toneladas utilizan el probado sistema de torre de la serie FZQ. Es una estructura de celosía tubular para reducir la carga del viento. Al igual que en los luffers FZQ, está disponible una base cruzada tipo caja adaptada a pedestal con grandes almohadillas de estabilizadores. Reduce los costos de cimentación.

Jinli Heavy Technology y Yongmao han desarrollado algunas bases cruzadas para grúas torre de alta resistencia. Una estructura principal central o una de las cuatro vigas con medias vigas se conectan mediante conexiones de eje de pasador instaladas mediante extractores de pasador hidráulicos. Se reducen las dimensiones de transporte y se simplifica el procedimiento de montaje del tramo base.

Los últimos diseños tienen un plumín de menor altura para abordar este problema general con plataformas planas de alta capacidad. A diferencia de los diseños con sección de pluma de base rectangular, el plumín de triángulo invertido permite el transporte por carretera como carga ancha pero a altura reducida. Gracias a la disposición monorraíl de este tipo de pluma, también se puede reducir la anchura y la altura de los tramos para los tramos exteriores del foque.

Sin embargo, si las secciones interiores del brazo superan una altura de 5 metros, en la mayoría de los países ya no es posible un transporte por carretera de 3 metros de ancho. Es necesario encontrar otra solución para las grúas de más de 5.000 toneladas-metro. Además de dividir las secciones del plumín, lo que rápidamente genera elevados costes de instalación en la obra, otra solución es una doble pluma, similar a la de las grandes grúas sobre orugas.

Una vez más, el brazo triangular invertido tiene el beneficio observado en un diseño de brazo patentado por la Universidad Shenyang Jianzhu en 2017 para las llamadas grúas torre "súper grandes". Se basa en una enorme grúa torre de cabeza plana con dos brazos paralelos de triángulo invertido y dos carros monorraíl.

Cada carro de la pluma de doble brazo tiene un cabrestante de elevación independiente en el contrapluma. Los carros se pueden operar de forma independiente en ambas plumas, formando dos sistemas de elevación separados en una grúa torre. Sus bloques de gancho también se pueden conectar mediante una viga separadora y el carro se puede mover en modo sincronizado.

Para volver a duplicar la capacidad se podría imaginar una disposición de dos carros por brazo. En funcionamiento sincronizado, cuatro carros moverían una carga muy pesada. Un control sofisticado de la grúa sería esencial para un sistema modular de este tipo.

El estudio universitario propone dispositivos de medición de distancias láser con mediciones de distancia relativa en tiempo real de los movimientos del carro para garantizar un funcionamiento sincrónico. A diferencia de este desafío, conectar dos brazos paralelos para formar una unidad estructural es sencillo. En este caso, los cordones superiores paralelos de los dos brazos están conectados mediante pasadores de seguridad, mientras que los dos cordones inferiores están conectados mediante miembros de alma horizontales.

XCMG es el primer fabricante de grúas torre que utiliza un sistema modular de doble brazo con parte superior plana para su XCT15000-600S de 600 toneladas de capacidad. XCMG dice que la modularidad y las plumas dobles paralelas permiten conceptos económicos de grúas torre de más de 1.000 toneladas-metro.

Para reducir los costos de los equipos de elevación, la construcción modular y los diseños de sistemas de doble brazo paralelo podrían ser una buena oportunidad. Con más de 50 años de experiencia en grúas torre para cargas pesadas, Jinli Heavy Technology ofrece pasos adicionales en el diseño de grúas torre para cargas pesadas.

Este fabricante formaba originalmente parte del Instituto de Investigación y Diseño de Maquinaria de State Power ZhengZhou. Entregó cerca de 100 grúas torre de carga pesada bajo el nombre de ZhengZhou Kerun. Los probados flat tops PZQ de 1.400 a 2.600 toneladas metro para la industria energética ahora se complementan con el nuevo JL3600 de 3.600 toneladas metro. Ofrece mejoras importantes como se describe a continuación.

Como grúa modular, utiliza el mismo sistema de torre para las luffers de elevación pesada especialmente diseñadas para el creciente mercado de instalación rápida de turbinas eólicas, además de grandes superficies planas. El sistema de torre independiente de 133 metros para grúas de hasta 4.000 toneladas-metro se basa en una torre de 3,75 x 3,75 x 7,52 metros.

Tiene patas tubulares y diagonales para reducir la carga del viento, a diferencia del uso generalizado de otros fabricantes de secciones de torre masivas con estructuras de celosía de acero en forma de H. En lugar de elementos de acoplamiento de mástil "Hafu", que resultan pesados ​​en grúas más grandes, se utilizan ocho pernos por esquina del mástil, apretados con una llave dinamométrica estándar.

El peso propio del plumín plano se ha reducido en un 10 % y su longitud máxima posible se ha ampliado de 80 a 90 metros. La capacidad máxima con una disposición de carro doble aumenta de 150 a 200 toneladas.