Torres de energía: grandes grúas basculantes para trabajos en aerogeneradores

El JLD1700 de Jinli Heavy Industries instala una turbina de 2 MW a 95 metros de altura. Foto: HG Kessel

Al principio de las aplicaciones de las grúas torre en proyectos de parques eólicos, este tipo de grúa se probó como alternativa a las grandes grúas de pluma de celosía móviles, en sitios donde el espacio y el acceso estaban restringidos, escribe Heinz-Gert Kessel.

El objetivo era lograr una alta capacidad con un alcance corto. La conversión de una grúa torre estándar para cargas pesadas en una grúa para instalación de aerogeneradores solo requirió un número limitado de cambios de diseño. Un buen ejemplo es la Liebherr 630 EC-H70 de la constructora Max Bögel en Alemania. Cuenta con un plumín corto reforzado y un carro especial para múltiples tramos de cable, lo que le permite soportar la carga requerida de 70 toneladas, superior a las 50 toneladas de la versión estándar.

En China, la serie FZQ de grúas torre con pluma abatible de alta capacidad y 130 toneladas, construidas originalmente para la construcción de salas de calderas en centrales eléctricas, se readaptó para la instalación de aerogeneradores. En ambos conceptos, uno de los principales aspectos del diseño fue minimizar las características especiales para rediseñar rápidamente la grúa y adaptarla a proyectos de construcción general fuera del sector de la instalación de aerogeneradores.

Sin embargo, ya en su primer prototipo, este enfoque puso de manifiesto su principal desventaja. La grúa se diseñó originalmente para una duración de proyecto de al menos 3 a 5 meses. Los tiempos de movilización y desmovilización no podrían competir económicamente con los de las grúas móviles de aparejo rápido en obras de aerogeneradores, que generalmente duran solo una semana.

La adaptación del concepto estándar de grúa torre para facilitar el transporte y agilizar el aparejo se convirtió en un factor cada vez más esencial al evaluar la viabilidad de los conceptos de grúas torre para aerogeneradores. Un primer avance del fabricante Liebherr fue un diseño de grúa de techo plano en lugar del plumín estándar con cabeza de torre y brazos colgantes. Esto redujo el tiempo de instalación de la parte superior de la grúa.

Diferente luffer

Krøll, en Dinamarca, desarrolló un diseño alternativo de plumín abatible que elimina la necesidad de enrollar el cable, lo que requiere mucho tiempo. La brida, previamente enrollada, puede apoyarse en el bastidor en A, donde también se fija el cabrestante abatible. Un plumín permite transformar el alcance de la pluma en altura de elevación. Es una solución brillante y rápida para obtener una altura adicional bajo el gancho.

Krøll logró por primera vez una altura adicional bajo el gancho al introducir la distintiva sección de la punta del plumín del morro de la pluma para proporcionar más espacio libre respecto de la carga a la altura máxima bajo el gancho.

Los dos conceptos de diseño anteriores se integraron posteriormente en todas las grúas torre para aerogeneradores chinos comercializados posteriormente. Entre ellas, se encontraban grúas de aspecto similar de Jinli Heavy Industries, XCMG, Yongmao, Sany y Zoomlion.

Tren de aterrizaje del Zoomlion LW2340-180 en un proyecto eólico en una zona montañosa. Foto: HG Kessel

Yongmao STF3080 con capacidad de 200 toneladas y una altura bajo el gancho de 200 metros. Esta grúa incorpora características de diseño comunes, desarrolladas por Krøll. Foto: HG Kessel

Dependiendo de las dimensiones del sistema de mástil, la altura máxima de apoyo libre bajo el gancho para grúas eólicas con pluma abatible y giro superior suele ser de 180 a 200 metros. La capacidad de carga suele estar entre 180 y 200 toneladas.

Con una capacidad de elevación superior a 140 toneladas, los componentes de la grúa suelen ser de gran tamaño para el transporte. Una ventaja de las grúas abatibles sobre las grúas torre convencionales es que se necesitan menos secciones de mástil para alcanzar la altura de elevación del buje requerida. Además, se ahorra tiempo de instalación para el gato de la grúa.

Las grúas torre autoportantes suelen ofrecer la mayor flexibilidad para el diseño de torres de aerogeneradores. Sin embargo, a medida que los aerogeneradores aumentan su altura, se deben utilizar secciones de mástil más costosas y resistentes. En muchos casos, esto implica un mayor tiempo de montaje y cargas de transporte inusuales, lo que incrementa el coste de movilización.

La base de la grúa torre sigue presentando una desventaja importante en comparación con una grúa móvil de pluma de celosía de gran tamaño. Las grúas móviles generalmente pueden trasladarse de una turbina a otra con al menos parcialmente aparejadas. Una grúa torre debe desmontarse por completo, incluyendo su base grande y pesada.

Para acelerar el proceso, se pueden utilizar dos bases de grúa torre en proyectos eólicos. Mientras una está en uso, la segunda puede reinstalarse en la siguiente obra. Este concepto de grúa, sin duda, no será tan económico como debería. Recientemente, se han diseñado o se están desarrollando bases especiales para grúas torre móviles. El éxito de estos diseños en condiciones reales de la obra dependerá del tamaño de la grúa y de la solución técnica preferida.

Formas de moverse

En Japón se han prototipado dos conceptos de movilización de grúas torre. Incorporan un transportador modular autopropulsado con ruedas (SPMT) para la reubicación de grúas torre de turbinas. Shimizu Corporation completó su grúa torre móvil S. Se trata de una grúa torre móvil de 1800 toneladas métricas para la instalación de aerogeneradores terrestres de 5 a 7 megavatios.

Diseñada a prueba de terremotos, la nueva grúa levanta 145 toneladas con un radio de 12,5 metros y alcanza una altura de 152 metros. Esto la convierte en la grúa torre autoportante más grande y alta de Japón. Es un desarrollo conjunto entre SC Machinery e IHI Transport Machinery.

Las pruebas de campo del concepto de grúa están en marcha y las empresas están probando su reubicación mediante SPMT en el distrito de Shingu, Japón, en el lado del astillero de la ciudad de Kure. La grúa superior completa permanece instalada, de modo que la grúa solo desciende a su posición más baja y se desconectan los arriostramientos diagonales y las patas de la base. A partir de ese momento, está lista para trasladarse rápidamente al siguiente sitio. El ciclo de reubicación se acorta en unos seis días, según Shimizu Corporation.

Las grúas utilizan un tipo tradicional japonés de torre cilíndrica que absorbe la presión del viento y al mismo tiempo permite subir al sistema de torre a través de un soporte de anillo giratorio compacto, y están montadas sobre un pedestal de cuatro patas en forma de cruz especialmente desarrollado.

La grúa torre móvil IHI S con patas instaladas. Foto: HG Kessel

Escalada más segura

El método japonés de insertar las secciones de la torre a través de la corona de giro ofrece una gran ventaja en términos de seguridad para el ascenso en condiciones climáticas adversas. Además, permite elevar la grúa sobre un sistema de torre del mismo tamaño a una altura muy baja. El sistema de torre de 97,50 metros de altura está compuesto por 14 secciones. Gracias a este método especial de ascenso japonés, se pueden insertar hasta tres secciones de torre en un solo proceso de ascenso en el dispositivo de ascenso, lo que reduce el número de conexiones de torres durante la operación en un parque eólico.

Para alcanzar la altura autoportante de 97,50 metros, sobre una base de 2,45 metros cuadrados (optimizada para el transporte), fue necesario añadir arriostramientos diagonales a la torre, instalados por la propia grúa. La conexión de esta estructura tubular a la torre central se realiza mediante un dispositivo patentado de instalación rápida, alimentado desde el interior de la torre y con acceso seguro.

A diferencia de los diseños de grúas torre para instalación de aerogeneradores en Europa y China, estos soportes de mástil de gran longitud reducen considerablemente la deflexión del mástil en una grúa autoportante. A diferencia de las grúas de construcción estándar, se ha reducido el número de escalones de elevación junto a la torre mediante el desarrollo de un nuevo dispositivo de elevación hidráulica rápida.

Al mover la grúa, la parte central de la base transversal se apoya sobre el SPMT con un soporte especial. Tras desconectar las partes exteriores de las patas para reducir el ancho de transporte de la grúa, se montan las sólidas zapatas de los estabilizadores sobre la unidad SPMT como lastre para compensar el punto de gravedad de la grúa.

Además, al reubicar la parte superior completa de la grúa, incluyendo su plumín de 55,55 metros y todos los cables enhebrados, la cubierta de maquinaria se sujetará con cables especiales de sujeción de carga a la plataforma SPMT. Si bien la grúa generalmente se opera desde la espaciosa y cómoda cabina del operador, también puede operarse remotamente desde tierra o desde el aerogenerador.

A largo plazo, IHI prevé una creciente demanda de grúas torre de alta capacidad. En Japón, a diferencia de Europa y China, son más comunes las turbinas eólicas de 4 a 5 megavatios, con una altura de buje de entre 100 y 120 metros. La experiencia en Europa con grúas torre para el montaje de turbinas ya ha demostrado que la capacidad requerida y su altura de elevación aumentan rápidamente, hasta el punto de que las grúas no podrían ser demasiado grandes.

La parte superior completa de la grúa IHI, lista para su transporte en SPMT. Foto: HG Kessel