Control de sincronización en elevación en tándem de 100 t
Resumen del proyecto
Sector: Construcción naval (taller de montaje final de bloques) | Configuración: 2 puentes grúa biviga de 100t/50t, elevación en tándem con carro doble | Luz del taller: 36m | Requisitos principales: elevación sincronizada de bloques de casco de 180t con ambos puentes grúa, precisión de posicionamiento de ±3mm | Inversión en grúas: aprox. 407.000–508.000 € (2 unidades)
El montaje final de bloques del casco es una de las operaciones más críticas en un astillero. El bloque de sección media de un buque portacontenedores típico de tamaño medio pesa entre 150 y 200 toneladas y supera los 20 metros de eslora; una sola grúa, incluso de clase 200t, no puede realizar la maniobra de forma independiente debido a la carga excéntrica y a la limitación de la distancia entre puntos de izado. La solución pasa por la elevación en tándem con dos grúas, pero ¿cómo garantizar una precisión de sincronización de ±3mm entre ambas máquinas? El taller de montaje final de bloques de un astillero mediano en China ofrece una respuesta contrastada.
¿Por qué es imprescindible la elevación en tándem? ¿No basta una grúa de 200t?
Un bloque de casco no es como una bobina de acero o un contenedor estándar: se trata de una estructura de acero de geometría irregular, con una gran distancia entre puntos de izado (normalmente 8–16m) y una posición del centro de gravedad que varía según el tipo de bloque. Aunque la carga nominal de una sola grúa alcance las 200t, si la distancia entre puntos de izado supera la distancia entre ejes del carro, la carga excéntrica provoca:
① Sobrecarga en uno de los carros (un carro de 100t de carga nominal soporta en realidad más de 120t), lo que activa la protección contra sobrecarga y detiene la máquina.
② Inclinación del bloque que desalinea las superficies de unión, impidiendo la soldadura de cierre.
③ Tensiones de torsión en la viga principal por carga asimétrica, que a largo plazo generan fatiga estructural.
Según los requisitos de combinación de cargas de la norma FEM 1.001, la elevación de piezas largas de geometría irregular debe realizarse preferentemente con el esquema de elevación en tándem: la carga se distribuye entre los cuatro puntos de izado de ambas grúas, de modo que cada carro de las dos máquinas soporta aproximadamente 45t, muy por debajo del límite seguro de 100t de carga nominal.
La clave del control de sincronización: no se trata de que ambas máquinas "vayan a la misma velocidad"
El error más habitual en la elevación en tándem es suponer que "basta con ajustar los variadores de frecuencia de ambas grúas a la misma frecuencia". En realidad, aunque la frecuencia de salida de los dos variadores sea idéntica, las diferencias en las características de los motores, la irregularidad de los carriles o el desgaste de las ruedas hacen que el desplazamiento real de las dos grúas se vaya desviando progresivamente: tras un recorrido de 30m, la desviación puede alcanzar los 15–25mm, muy por encima del requisito de ±3mm para el acoplamiento.
El esquema de sincronización de este proyecto se basa en un control de acoplamiento cruzado eléctrico con medición láser de distancia en lazo cerrado:
① Retroalimentación en tiempo real mediante sensor de distancia láser. Se instala un sensor de distancia láser SICK DL100 entre los testeros de ambas grúas (rango de medición de 50m, resolución de 0,1mm), que reporta al PLC principal la desviación de posición real entre ambas máquinas cada 10ms.
② Algoritmo de compensación por acoplamiento cruzado. El PLC principal no emplea el modo "maestro-esclavo" (en el que una grúa sigue a la otra), sino que envía la desviación de posición simultáneamente a los variadores de frecuencia de ambas grúas: si la desviación es positiva, la grúa delantera desacelera y la trasera acelera; si es negativa, se invierte el ajuste. Esta estrategia de acoplamiento cruzado evita el problema de acumulación de retardo típico del modo maestro-esclavo puro. Siguiendo el enfoque del control vectorial descrito en la tecnología de anti-oscilación electrónica para grúas, el control de sincronización se basa igualmente en un doble lazo cerrado de posición y velocidad.
③ Protección de límite suave en modo de elevación en tándem. Durante la elevación en tándem, ambas grúas comparten un "límite virtual": si cualquiera de ellas alcanza el límite suave, ambas desaceleran y se detienen simultáneamente, garantizando que el bloque no se vuelque por una parada brusca unilateral.
Detalles de configuración de las grúas
| Elemento de configuración | Parámetro | selección Justificación |
|---|---|---|
| Capacidad Nominal | 100t/50t(Gancho principal/Gancho auxiliar)× 2Unidad | Izaje conjunto180tCapacidad por unidad en izaje segmentado≤90t, Se reserva11%margen de seguridad |
| Clase de Funcionamiento | A5(SegúnISO 4301 — Clasificación de grúas-1Clasificación por niveles) | Segmentación Montaje Final Operación no continua, A5Suficientecobertura Manipulación diaria+Izaje conjuntocondiciones de operación |
| Velocidad de Elevación | 0.8/5.0 m/min(Dos velocidades) | Velocidad baja para ajuste fino de acoplamiento(±3mm Clasificación por niveles), Velocidad alta para retorno en vacío |
| Regulación de velocidad Modo | control vectorial totalmente por variador de frecuencia(Inovance MD880) | Modo vectorial de lazo cerrado proporciona0.01Hzvelocidadresolución, Sí Control de Sincronización Base |
| reductor | flanco de diente endurecido(SEW-Eurodrive M3Serie) | Histéresis reducida(≤3 arcmin), Garantiza la posición en inversión de giro Precisión Sin pérdida |
| Sincronización Sensor | SICK DL100Medición láser de distancia + Encoderredundancia | Láser como principal Posicionamiento Fuente, Encoder Como auxiliar(Láser Fallo Degradación a Encoder Modo) |
¿Por qué no optar por una sola grúa de mayor capacidad?
Podría preguntarse: ¿no sería más sencillo adquirir directamente un puente grúa biviga de 250 t? La respuesta es que no se pueden combinar economía y flexibilidad.
Comparativa de costes: un puente grúa de 250 t (A5, 36 m de luz) tiene un coste aproximado de 1,8 a 2,2 millones de CNY (unos 229 000–280 000 EUR), mientras que dos grúas de 100 t suman entre 3,2 y 4,0 millones de CNY (unos 407 000–508 000 EUR). La inversión inicial es, efectivamente, un 80 % superior. Pero...
Flexibilidad: dos grúas de 100 t pueden operar de forma independiente (iznado simultáneo de dos bloques de menos de 80 t) o en tándem. Una grúa de 250 t solo puede trabajar en solitario, lo que alarga las esperas en los cuellos de botella del taller (volteo y ensamblaje de bloques). El cuello de botella de un astillero nunca es la capacidad de elevación individual, sino la eficiencia del montaje final: la productividad que aportan dos grúas trabajando en paralelo supera con creces a la de una única grúa de 250 t.
Costes de obra civil: la carga por rueda de una grúa de 250 t ronda los 350–400 kN, lo que exige a la viga de rodadura y a las ménsulas el doble de capacidad que una de 100 t (carga por rueda de 180–200 kN). En reformas de talleres existentes, el refuerzo de la viga de rodadura puede suponer entre 500 000 y 800 000 CNY (unos 64 000–102 000 EUR), un coste que a menudo se pasa por alto.
Preguntas frecuentes sobre la elevación en tándem
P: ¿Qué ocurre si una grúa se queda sin suministro eléctrico durante una elevación en tándem?
R: En el modo de elevación en tándem, los PLC de seguridad de ambas grúas están conectados por cableado físico. Si una de ellas activa una parada de emergencia o sufre un corte de suministro, la otra aplica el frenado de forma sincronizada en 50 ms. Los frenos son de disco hidráulico (no electromagnéticos); ante una pérdida de tensión, los resortes aplican el freno automáticamente. El bloque no se desploma lateralmente, aunque será necesario un rearme manual y una nueva alineación.
P: ¿Es la precisión de acoplamiento de ±3 mm un valor alto en la industria naval?
R: La tolerancia habitual para el acoplamiento de bloques es de ±5 a ±10 mm (compensable mediante la contracción de la soldadura). Un valor de ±3 mm se considera de precisión, y se reserva para buques de alto valor añadido —como submarinos o buques de gas licuado— donde el control de la holgura de unión es extremadamente estricto. Para buques graneleros o portacontenedores estándar, ±5 mm es suficiente.
P: ¿Es fiable el sensor de distancia láser en un entorno de astillero?
R: En los talleres de un astillero, el humo de la soldadura y el polvo de esmerilado son intensos, y los sensores ópticos están expuestos a un riesgo real de contaminación. Las medidas adoptadas en este proyecto son: ① sensores con grado de protección IP67; ② soplado con aire comprimido; ③ redundancia del encoder (si el láser falla, se degrada al modo encoder con precisión de ±10 mm, sin llegar a detener la operación).
P: ¿Es necesario realizar un ensayo de tipo específico para la elevación en tándem?
R: Según el reglamento TSG 51-2023, la elevación en tándem se considera un procedimiento de elevación especial, por lo que debe complementarse el ensayo de tipo con una prueba de carga sincronizada de ambas grúas (1,25 veces la carga nominal de elevación en tándem). Las dos grúas deben someterse al ensayo de tipo de forma simultánea; no es posible obtener la certificación por separado.
Fuente del caso: investigación sectorial | Normas de referencia: FEM 1.001 · TSG 51-2023 · ISO 4301-1
