Torres de energía 3: grandes grúas torre para trabajos en aerogeneradores

Grúa Skyrex ensamblada para la construcción de aerogeneradores.

Después de haber analizado diseños de grúas torre más o menos convencionales destinados a la construcción de turbinas eólicas, esta parte final de la serie examina un ejemplo de lo que puede considerarse un concepto más poco ortodoxo.

Por su naturaleza, los parques eólicos suelen ubicarse en lugares remotos de difícil acceso. Para mitigar esto, se reduce la cantidad de equipos que deben transportarse al emplazamiento para su posterior montaje o instalación, desmontaje y posterior traslado. Se puede lograr una reducción significativa del volumen de transporte de una grúa de instalación de aerogeneradores mediante la opción de acoplarla a la torre del aerogenerador en construcción.

Siguiendo este principio, se ha desarrollado un diseño de grúa de vanguardia patentado por Skyrex, con sede en Suecia. El sistema modular permite una altura bajo el gancho de hasta 210 metros. La capacidad de elevación es de 150 toneladas en un radio de 9 metros. El alcance máximo se encuentra entre 16 y 21 metros, según la configuración de la pluma.

La idea de conectar una grúa torre trepante externa a la torre del aerogenerador en construcción no es nueva. Tampoco lo es la idea de utilizar un diseño autotrepante para reducir drásticamente el espacio necesario para el aparejo. Sin embargo, la diferencia radica en la flexibilidad con la que se ancla el mástil de la grúa a la torre del aerogenerador. El objetivo es minimizar la transferencia de carga de la grúa torre conectada a la torre. Esto se debe a su gran impacto en el diseño de las torres. La mayoría prefiere, en cualquier circunstancia, un concepto de grúa autoportante, es decir, independiente.

Características únicas

Con su revolucionario y especializado concepto de grúa torre, Skyrex supera estas barreras. Dos características de diseño patentadas de la grúa son únicas:

1) El diseño del soporte de amarre permite fijar la grúa en cualquier parte del casco de la torre del aerogenerador sin necesidad de una conexión estructural atornillada en la propia torre.

2) La forma en que se equilibra la grúa con y sin carga para evitar fuerzas de flexión en el sistema de mástil de la grúa y, con ello, cargas laterales en la torre del aerogenerador.

Transporte de la grúa Skyrex como carga de camión estándar.

El proceso de aparejo inicial de la grúa torre utilizando una grúa móvil con ruedas de tamaño mediano.

Los soportes de amarre están diseñados como tres marcos que rodean el mástil de la grúa. Estos marcos se mueven libremente sobre rodillos a lo largo de los cordones del mástil, guiados por un cabrestante de elevación externo en la parte superior del mástil. Los conjuntos de sujeción para sujetar la estructura de la torre están integrados en las vigas de conexión a la torre del aerogenerador.

Esto significa que, al subir la grúa al siguiente nivel obligatorio para el soporte de amarre, siempre hay al menos dos arriostramientos, cada uno con dos brazos flexibles y dispositivos de sujeción accionados por cuerda que presionan las placas sobre la superficie exterior de la torre de la turbina para sujetar el mástil de la grúa. Al sujetar la torre del aerogenerador a dos niveles, una unidad de arriostramiento puede reubicarse en cualquier posición deseada antes de que se eleve la grúa.

Conseguir el equilibrio

La segunda mejora importante son los exclusivos dispositivos de equilibrio en el diseño de la grúa superior. Sobre la plataforma giratoria, la pluma puede moverse hacia adelante y hacia atrás mediante un sistema de cremallera y engranaje. Además, el contrapeso que se desplaza dentro de la pluma también puede moverse hacia adelante y hacia atrás.

Diagrama que muestra las diferentes posiciones del plumín y del contrapeso.

En cierta medida, este concepto se remonta a las famosas grúas SGME de la serie K de la década de 1960. Un sistema de cables permitía ajustar la posición del contrapeso según el movimiento de la pluma. Sin embargo, en el caso de la Skyrex, el principio de diseño de pluma de silla con carro móvil y el funcionamiento independiente del contrapeso y la pluma móviles representan mejoras importantes. Estas mejoras son posibles gracias a la incorporación de modernos dispositivos eléctricos de dirección y monitorización.

Primer plano del dispositivo de sujeción de la torre en su posición.

En la instalación de aerogeneradores, la pluma se retrae cerca de la torre para cargas pesadas. Simultáneamente, el contrapeso se desplaza hacia la parte trasera de la pluma. Para cargas ligeras, el contrapeso se desplaza hacia la parte delantera de la pluma; y para un mayor alcance y un peso reducido, la pluma se desplaza hacia adelante mientras el contrapeso se desplaza para equilibrar el momento de carga.

Esto significa que el contrapeso y la pluma se mueven simultáneamente en direcciones opuestas respecto al mástil de la grúa. La ventaja de este diseño patentado de grúa superior es la posibilidad de equilibrar la grúa en función de la carga que se levante y la posición de la pluma con respecto al mástil.

La pluma está compuesta por dos secciones cuadradas diseñadas para facilitar su transporte. En su interior se encuentra el cabrestante de elevación.

Instalación de prueba de la grúa Skyrex.

Haciendo la subida

Para lograr un ascenso seguro, la grúa está diseñada para ser ascendida desde abajo. Las secciones adicionales de la torre se insertan en una jaula de ascenso rodeada por cuatro gatos hidráulicos que operan simultáneamente. Esto evita la necesidad de realizar operaciones de elevación peligrosas en altura. Para mantener la grúa conectada a la torre del aerogenerador durante el ascenso del mástil, el marco de soporte de anclaje está equipado con rodillos que se mueven a lo largo de las esquinas del mástil. Un elemento importante del diseño de la grúa es su menor sensibilidad al viento que las grúas torre autoportantes tradicionales de diseño europeo. El mástil está compuesto por secciones monobloque idénticas conectadas mediante un sistema de sujeción de tornillo y tuerca a lo largo de un eje vertical y es de rápida instalación.

Vista superior del plumín retraído con el contrapeso azul en su posición delantera.

La grúa completa puede transportarse en tan solo 15 remolques estándar o contenedores de 40 pies. Esto supone una reducción del 75 % en comparación con lo que se necesita con una grúa móvil convencional para la instalación de aerogeneradores. El uso de acero de alta resistencia minimiza el peso de la grúa.

Para reducir el tiempo de instalación, la sección base de la grúa torre se transporta como una sola unidad con estabilizadores plegables. Estos pueden elevarse hidráulicamente para permitir la extracción del remolque estándar de debajo de la base de la grúa en forma de pórtico. El montaje inicial de la grúa solo requiere una grúa de camión de tamaño mediano.

Cuando la grúa comienza a ascender, es autosuficiente gracias a su propio gancho para manipular las secciones adicionales del mástil que se insertarán en la base de la torre. Dependiendo de la fuente de alimentación, puede operarse eléctricamente o con un grupo electrógeno y control remoto.

Bajando la grúa junto a la torre del aerogenerador terminada.

Comienzo escandinavo

En 2021, Vestas se unió como socio activo de Skyrex. Sus primeras pruebas se llevaron a cabo con éxito en Dinamarca y Suecia.

Las características técnicas de esta grúa, junto con sus bajos costos de transporte, son notables. Es una máquina muy especializada y, por lo tanto, se limita a trabajos de instalación de aerogeneradores. A diferencia de todos los demás conceptos de grúa torre analizados en esta serie de tres artículos, la Skyrex no se puede transformar en una grúa torre de carga pesada para trabajos de construcción general.

Habrá que esperar para ver si esta grúa de nicho será aceptada por las empresas de alquiler de grúas o si se quedará en un prototipo. Las demás grúas presentadas en la primera y segunda parte de este informe permiten una adaptación sencilla a trabajos de elevación pesada fuera del sector de la instalación de aerogeneradores. Sus características integradas en el diseño para una rápida instalación y transporte se convertirán en el estándar para el diseño sofisticado de grúas torre de elevación pesada en un futuro próximo.

Demostración de los requisitos mínimos de espacio del diseño de la grúa torre.