Torres de energia: grandes guindastes basculantes para trabalho com turbinas eólicas

JLD1700 da Jinli Heavy Industries instalando uma turbina de 2 MW a 95 metros de altura. Foto: HG Kessel

No início da aplicação de guindastes de torre em projetos de parques eólicos, esse tipo de guindaste foi testado como uma alternativa aos grandes guindastes de lança treliçada móvel, em locais onde o espaço e o acesso eram restritos, escreve Heinz-Gert Kessel.

O foco era obter alta capacidade com alcance curto. A conversão de um guindaste de torre de elevação pesada padrão em um guindaste para instalação de turbinas eólicas exigiu apenas um número limitado de alterações de projeto. Um bom exemplo é o Liebherr 630 EC-H70 da construtora Max Bögel, na Alemanha. Ele possui uma lança curta reforçada e um carrinho especial para múltiplas quedas de cabo, a fim de suportar a carga solicitada de 70 toneladas, em comparação com a capacidade de 50 toneladas da versão padrão.

Na China, a série FZQ de guindastes de torre com lança basculante de alta capacidade e capacidade de 130 toneladas, originalmente projetados para a construção de caldeiras de usinas de energia, foi readaptada para a instalação de turbinas eólicas. Para ambos os conceitos, um dos principais aspectos do projeto foi minimizar recursos especiais para redesenhar o guindaste rapidamente para projetos gerais de construção fora do setor de instalação de turbinas eólicas.

No entanto, já em sua primeira aplicação de protótipo, essa abordagem evidenciou a principal desvantagem. O guindaste foi originalmente projetado para uma duração de projeto de pelo menos 3 a 5 meses. Os tempos de mobilização e desmobilização nunca poderiam competir economicamente com guindastes móveis de montagem rápida em canteiros de obras de turbinas eólicas, que geralmente duram apenas uma semana.

A adaptação do conceito padrão de guindaste de torre para facilitar o transporte e agilizar a montagem tornou-se cada vez mais essencial na avaliação da viabilidade de conceitos de guindastes de torre para turbinas eólicas. Um primeiro avanço na fabricante Liebherr foi um projeto de guindaste de topo plano em vez da lança de sela padrão com cabeça de torre e pendentes. Isso reduziu o tempo de instalação da parte superior do guindaste.

Luffer diferente

A Krøll, na Dinamarca, desenvolveu um projeto alternativo de lança de elevação, eliminando a necessidade do demorado enrolamento do cabo de elevação. O freio pré-enrolado podia ser apoiado na estrutura em A, onde também estava fixado o guincho de elevação. Um enrolador permite que o alcance da lança seja transformado em altura de elevação. É uma solução brilhante e rápida para obter altura extra sob o gancho.

A altura adicional sob o gancho foi alcançada pela Krøll pela primeira vez ao introduzir a seção de ponta de lança distinta para fornecer mais espaço livre da carga na altura máxima sob o gancho.

Os dois conceitos de design acima foram posteriormente integrados a todos os guindastes de torre eólicos chineses lançados posteriormente. Entre eles, guindastes de aparência semelhante da Jinli Heavy Industries, XCMG, Yongmao, Sany e Zoomlion.

Trem de pouso Zoomlion LW2340-180 em um projeto de energia eólica em uma montanha estreita. Foto: HG Kessel

Yongmao STF3080 com capacidade de 200 toneladas e altura de 200 metros sob o gancho. Este guindaste incorpora características de design comuns, pioneiras da Krøll. Foto: HG Kessel

Dependendo das dimensões do sistema de mastro, a altura máxima de apoio livre sob o gancho para guindastes de turbina eólica com lança basculante de giro superior parece ser de 180 a 200 metros. A capacidade de carga geralmente fica entre 180 e 200 toneladas.

Acima de 140 toneladas de capacidade de elevação, os componentes do guindaste tendem a ser todos superdimensionados para transporte. Uma vantagem dos guindastes de torre luffer em relação aos guindastes de torre convencionais é que são necessárias menos seções de mastro para atingir a altura de elevação do cubo necessária. Isso também economiza tempo de instalação para içar o guindaste.

Guindastes de torre autônomos geralmente oferecem a maior flexibilidade para o projeto de torres de turbinas eólicas. À medida que as turbinas eólicas se tornam mais altas, no entanto, seções de mastro mais caras e resistentes devem ser utilizadas. Em muitos casos, isso significa um tempo de montagem mais longo e cargas de transporte mais elevadas, o que, por sua vez, aumenta o custo de mobilização.

Ainda existe uma grande desvantagem em relação à base do guindaste de torre em comparação com um guindaste de lança treliçada móvel de grande porte. Guindastes móveis geralmente podem ser movidos de uma turbina para outra, pelo menos parcialmente equipados. Um guindaste de torre precisa ser completamente desmontado, incluindo sua base grande e pesada.

Para ajudar a acelerar o processo, duas bases para guindastes de torre podem ser aplicadas em projetos eólicos. Enquanto uma estiver em uso, a segunda pode ser reinstalada no próximo canteiro de obras. Esse conceito de guindaste claramente não será tão econômico quanto deveria ser. Mais recentemente, bases especiais para guindastes de torre móveis foram projetadas ou estão em desenvolvimento. O sucesso desses projetos em condições reais de obra dependerá do tamanho do guindaste e da solução técnica preferida.

Formas de movimentação

No Japão, dois conceitos de mobilização de guindastes de torre foram prototipados. Eles incorporam um transportador modular autopropelido sobre rodas (SPMT) para realocar guindastes de torre de turbina. A Shimizu Corporation concluiu seu guindaste de torre móvel S. Trata-se de um guindaste de torre móvel de grande porte, da classe de 1.800 toneladas, para instalação de turbinas eólicas onshore na classe de 5 a 7 megawatts.

Projetado para ser à prova de terremotos, o novo guindaste eleva 145 toneladas em um raio de 12,5 metros a uma altura de 152 metros. Isso o torna o maior e mais alto guindaste de torre autoportante do Japão. É um desenvolvimento conjunto entre a SC Machinery e a IHI Transport Machinery.

Os testes de campo do conceito do guindaste estão em andamento e as empresas estão testando a realocação do guindaste usando o SPMT no distrito de Shingu, no Japão, no lado do estaleiro da cidade de Kure. O guindaste superior completo permanece instalado, de modo que ele apenas desce até sua posição mais baixa e os suportes diagonais e as pernas da base são desconectados. Ele está então pronto para ser movido rapidamente para o próximo local. O ciclo de realocação é reduzido em cerca de seis dias, de acordo com a Shimizu Corporation.

Guindastes que usam um tipo tradicional japonês de torre cilíndrica que absorve a pressão do vento e ao mesmo tempo permite subir o sistema da torre por meio de um suporte de anel giratório compacto, são montados em um pedestal especialmente desenvolvido, de quatro pernas, em forma de cruz.

O guindaste de torre móvel IHI S com pernas instaladas. Foto: HG Kessel

Escalada mais segura

O método japonês de inserção de seções da torre através do anel de giro oferece uma vantagem real de segurança para escaladas em condições climáticas adversas. Também permite que o guindaste seja içado em um sistema de torre do mesmo tamanho a um nível muito baixo. O sistema de torre de 97,50 metros de altura é composto por 14 seções de torre. Graças ao método japonês especial de escalada, no máximo três seções de torre podem ser inseridas no dispositivo de escalada em um único processo, reduzindo o número de conexões de torre a serem feitas durante a operação em um parque eólico.

Para atingir a altura livre de 97,50 metros, sobre uma base de 2,45 metros quadrados (otimizada para transporte), foi necessário adicionar alguns suportes diagonais à torre, instalados pelo próprio guindaste de torre. A conexão dessa estrutura tubular à torre central é feita por um dispositivo patenteado de instalação rápida, com acesso interno à torre e, portanto, em condições de acesso seguras.

Em contraste com os projetos de guindastes de torre para instalação de turbinas eólicas europeus e chineses, esses tirantes de mastro muito longos reduzem significativamente a deflexão do mastro em um guindaste autônomo. Ao contrário dos guindastes de construção convencionais, o número de degraus de elevação ao longo da torre para içá-lo foi reduzido com o desenvolvimento de um novo dispositivo de elevação hidráulica rápida.

Ao movimentar o guindaste, a parte central da base transversal é fixada na SPMT com um suporte especial. Após a desconexão das partes externas das pernas para reduzir a largura de transporte do guindaste, as enormes sapatas dos estabilizadores são montadas na unidade SPMT como lastro para compensar o ponto de gravidade do guindaste.

Além disso, ao realocar toda a parte superior do guindaste, incluindo sua lança de 55,55 metros e todos os cabos mantidos enrolados, o convés de máquinas será fixado com cabos especiais para amarração de carga à plataforma SPMT. Embora o guindaste geralmente seja operado da cabine espaçosa e confortável do operador, ele também pode ser operado remotamente do solo ou de cima da turbina eólica.

A longo prazo, a IHI prevê uma demanda crescente por guindastes de torre de alta capacidade. No Japão, ao contrário da Europa e da China, turbinas eólicas mais moderadas, com altura de cubo de 100 a 120 metros e potência de 4 a 5 megawatts, são mais comuns. A experiência na Europa com guindastes de torre para montagem de turbinas já demonstrou que a capacidade necessária dos guindastes e sua altura de elevação aumentam rapidamente, a ponto de os guindastes não poderem ser grandes demais.

A parte superior completa do guindaste IHI pronta para transporte na SPMT. Foto: HG Kessel