Potenza delle gru a torre: guadagni di efficienza

Daniel Gwóźdź spiega il sistema di azionamento a risparmio energetico. Foto: Joe Mather/KHL

Essendo l'unico produttore di gru a torre in Polonia, Krupinski si è fatto un nome negli ultimi sei o sette anni, prima in Polonia, ora nel resto d'Europa e oltre.

Un fattore differenziante su cui si è lavorato duramente, dal punto di vista tecnologico, è il suo nuovo sistema di azionamento elettrico per gru a torre, che offre vantaggi in termini di risparmio energetico fino al 40 percento al proprietario e/o all'operatore della gru.

Lo ha spiegato Daniel Gwóźdź, CEO e comproprietario di Krupinski Cranes, nella sua presentazione alla conferenza International Tower Cranes (ITC) tenutasi a Roma, in Italia, nel luglio 2025.

Molte gru a torre, probabilmente la stragrande maggioranza, ora sono dotate di azionamenti tramite inverter di frequenza, ovvero un'erogazione di potenza controllata elettronicamente e controllata da computer. L'obiettivo di Krupinski era trovare una soluzione migliore.

Si possono ottenere risparmi fino al 40%, ha affermato Daniel Gwóźdź. Foto: Joe Mather/KHL

Risparmio energetico

Con il nuovo sistema di azionamento di Krupinski è possibile ottenere una riduzione del consumo di elettricità fino al 40%, sottolinea Gwóźdź. "Per ottenere questo risparmio energetico, abbiamo deciso di passare dai motori asincroni ai motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) con servoazionamenti, che offrono la massima efficienza sul mercato".

I freni PMSM sono noti nell'industria, ma non nelle gru, afferma Gwóźdź. Non hanno corrente di spunto all'avviamento, il che è molto importante per il collegamento elettrico della gru. La coppia massima è disponibile già a zero giri. Quindi il freno diventa solo un dispositivo di sicurezza sul paranco.

Le gru sono progettate per garantire un controllo del movimento estremamente preciso e fluido. Non si disperde energia sotto forma di calore, quindi il motore non richiede un sistema di raffreddamento esterno, il che è particolarmente vantaggioso nei paesi caldi.

A differenza di altre gru, la sequenza delle fasi non rappresenta un problema. Se il cavo di alimentazione del sito viene tagliato durante la notte e il personale addetto all'assistenza lo ripara, ma ne inverte le fasi, la gru continuerà a funzionare normalmente, afferma Gwóźdź. La garanzia fornita dal produttore del motore è di 20.000 ore di funzionamento, per problemi meccanici e di campo magnetico. Ciò equivale a circa 10 anni di funzionamento.

Confrontando i motori asincroni di una tipica gru da 5 tonnellate, si nota un netto contrasto in termini di peso. Un motore di sollevamento asincrono da 18,5 kW pesa 350 kg, mentre l'equivalente tipo PMSM da 22 kW pesa solo 85 kg. Analogamente, il motore di rotazione da 3 kW pesa in genere 90 kg, contro un PMSM da 4 kW che pesa 17,3 kg. Il tipico motore del carrello da 4 kW pesa 85 kg, mentre il suo equivalente tipo PMSM è da 5 kW e pesa meno di un quarto, 20,1 kg. Nonostante il peso notevolmente ridotto, la potenza all'albero è comunque maggiore, afferma Gwóźdź.

Come si fa

Daniel Gwóźdź, CEO e comproprietario delle gru Krupinski. Foto: Joe Mather/KHL

"All'inizio non riuscivamo a capirlo: perché c'è una differenza così grande nell'energia risparmiata tra motori asincroni e servoazionamenti?" L'esame di grafici tridimensionali che mostravano l'andamento della potenza del motore in funzione ha fornito alcune risposte. Il funzionamento di motori standard alla massima velocità e con un intervallo di carico ha prodotto un'efficienza dall'84% al 70%, mentre l'azionamento PMSM ha mostrato quasi sempre un'efficienza superiore al 90%.

A velocità inferiori, la differenza era ancora più pronunciata. Con le gru a torre, spesso si lavora molto lentamente con movimenti precisi, e in questo caso la differenza è enorme, afferma Gwóźdź. L'efficienza dei motori asincroni in quella situazione è solo del 40%. Il resto dell'energia viene disperso sotto forma di calore, rendendo necessario il raffreddamento dei motori.

"Per portare la situazione a un livello superiore, abbiamo deciso di applicare la gestione energetica alle gru, installando un pacco batterie da 43 kW-h tra la connessione alla rete elettrica e la gru stessa." Krupinski ha aggiunto una funzionalità di rigenerazione o recupero energetico a tutti gli azionamenti per reimmettere energia nella batteria. "La nostra gru da otto tonnellate può funzionare ininterrottamente con una connessione alla rete elettrica monofase da 230 Volt e 60 Ampere. Senza una connessione alla rete elettrica, è possibile lavorare fino a 17 ore sulla gru con quella batteria."

Prima di costruire un prototipo di gru, il nuovo principio di azionamento è stato testato per quasi due anni presso l'Università di Danzica, in Polonia. I dati raccolti hanno aiutato i fornitori di motori e azionamenti a progettare i nuovi sistemi. Sono stati costruiti e testati paranchi per gru da 5 a 10 tonnellate. La prima gru con servoazionamenti è stata installata nel 2021 e sono iniziati i test dal vivo in un cantiere, con buoni risultati, afferma Gwóźdź.

Guarda il video di questa presentazione di Krupinski tenuta da Daniel Gwóźdź alla conferenza ITC del 2025.