Conceção do sistema de proteção contra o vento para pontes rolantes: interligação entre os dispositivos de fixação aos carris, os dispositivos de ancoragem e os anemómetros, e normas de segurança

Normas para o cálculo e classificação das cargas eólicas

O cálculo das cargas eólicas das gruas segue a norma GB/T 3811-2024; a carga eólica F_w = C × p_h × A, em que C é o coeficiente de resistência ao vento (entre 1,2 e 1,6, dependendo da forma da estrutura), p_hPara a pressão do vento calculada na altura h, A é a área de exposição ao vento da grua, perpendicular à direção do vento. A pressão do vento calculada é baseada no valor da pressão do vento básica correspondente a um evento com periodicidade de 50 anos; nas regiões do interior, p₀=400~500 Pa, nas regiões costeiras p₀=600~800 Pa, zona de tufões fortes p₀=900~1200 Pa. O coeficiente de correção de altura das gruas de pórtico é calculado com base em p_h=p₀×(h/10)^2αNos cálculos, o valor de α situa-se entre 0,16 e 0,20. A carga de vento exercida sobre uma grua de pórtico com 20 m de altura numa zona costeira pode atingir 280 a 420 kN, o que equivale a uma força lateral de 28 a 42 toneladas.

Existem diferenças essenciais entre o projeto de resistência ao vento em estado de funcionamento e em estado de inatividade. A resistência ao vento em estado de funcionamento tem como objetivo garantir o funcionamento seguro do guindaste dentro dos limites de velocidade do vento de operação. A velocidade do vento de operação permitida, de acordo com a norma GB/T 3811, é: nas regiões do interior, não superior a 20 m/s (vento de força 8); nas regiões costeiras, não superior a 16,5 m/s (vento de força 7); e para guindastes de grande porte em portos, não mais de 12,5 m/s (vento de força 6). A resistência ao vento em estado de inatividade tem como objetivo garantir que o guindaste não seja derrubado por ventos em condições meteorológicas extremas, sendo projetada para velocidades não inferiores a 30 m/s (vento de força 11) em regiões do interior, não inferiores a 40 m/s (vento de força 13) em regiões costeiras e não inferiores a 55 m/s (vento de força 16). A diferença entre as cargas de vento correspondentes a estas duas condições varia entre 4 e 7 vezes, pelo que a conceção dos dispositivos de proteção contra o vento deve abranger ambas as condições de funcionamento.

A verificação da estabilidade contra o capotamento constitui o cálculo fundamental do projeto de resistência ao vento. O coeficiente de segurança contra o capotamento do guindaste é K = M_稳/M_倾Em condições de funcionamento, deve ser superior a 1,25; fora de funcionamento, deve ser superior a 1,15. M_倾Incluindo o momento de capotamento gerado pela carga do vento e o momento adicional causado pela inclinação da via, M_稳Inclui o momento de estabilização devido ao peso próprio do guindaste e o momento de fixação proporcionado pelo dispositivo de proteção contra o vento. Quando o momento de estabilização devido ao peso próprio é insuficiente, é necessário recorrer a pinças de fixação nos carris ou a dispositivos de fixação para fornecer uma força de fixação suplementar. Um guindaste de pórtico do tipo MH com vão de 30 m e peso próprio de cerca de 35 t, a uma velocidade do vento de 40 m/s, pode atingir um momento de tombamento de 1200 kN·m, sendo necessária uma força de fixação total de cerca de 160 a 220 kN.

Interbloqueio do sistema de monitorização e controlo do anemómetro

O anemómetro constitui a primeira linha de defesa do sistema de proteção contra o vento, sendo instalado no ponto mais alto da viga principal do carro de guindaste ou no topo do carro, a uma altura do solo que corresponde à altura máxima real do guindaste. Recomenda-se a instalação de um anemómetro de três copas (faixa de medição de 0 a 60 m/s, precisão de ±0,3 m/s), equipado com função de aquecimento para evitar o congelamento e o entupimento. O sinal do anemómetro é ligado ao PLC do sistema de controlo do guindaste, que recolhe dados da velocidade do vento em tempo real através de um módulo de entrada analógica (4 a 20 mA ou 0 a 10 V). O ciclo de amostragem não deve exceder 1 segundo; a ação só é acionada se o valor ultrapassar o limiar durante 3 segundos consecutivos, o que permite evitar falsos alarmes causados por rajadas de vento momentâneas.

O sistema de controlo define três níveis de limiares de velocidade do vento. O limiar de alerta do primeiro nível é definido em 70% da velocidade do vento permitida (por exemplo, se a velocidade de trabalho for de 20 m/s, o limiar é definido em 14 m/s), o que aciona um alarme sonoro e luminoso para alertar o operador para as alterações na velocidade do vento. O limiar de desaceleração do segundo nível é definido em 85% da velocidade do vento permitida, o que aciona a desaceleração automática do carro principal e do carro secundário para 50% da velocidade nominal; simultaneamente, é exibida na cabina a mensagem ”Velocidade do vento excessiva, prepare-se para parar”. O limiar de paragem do terceiro nível, que corresponde à velocidade do vento igual ou superior à velocidade admissível, aciona a paragem de emergência: desliga a alimentação elétrica do carro principal e do carro secundário, ativa automaticamente o travão do dispositivo de fixação aos carris e emite um alarme de paragem forçada. O intervalo entre os limiares dos três níveis deve ser de, pelo menos, 2 m/s, para evitar que a velocidade do vento, ao oscilar perto dos limiares, provoque ativações frequentes do sistema.

As funções de registo da velocidade do vento e de monitorização remota têm vindo a tornar-se cada vez mais comuns nas gruas inteligentes. Os dados do anemómetro são registados uma vez por minuto, sendo gerado um registo diário da velocidade do vento; os períodos em que os valores excedem o limiar são registados com precisão ao segundo. Os dados são armazenados num bloco de dados do PLC local e transmitidos através da rede Ethernet industrial para a plataforma remota de operação e manutenção.

Prendedores de carris e cunhas de proteção contra o vento

A cunha de ferro antivento, enquanto dispositivo complementar ao bloqueador de carris, é instalada entre o rebordo da roda do guindaste e o carril, utilizando o princípio do bloqueio automático por cunha para impedir que a roda role ao longo do carril. O ângulo da cunha é geralmente de 6° a 10° (tan6° = 0,105, valor inferior ao coeficiente de atrito entre aço e aço, que é de 0,15, satisfazendo assim as condições de autobloqueio). A cunha de ferro é fabricada em aço fundido ZG270-500 ou Q345B, com a superfície da cunha submetida a um tratamento de têmpera que lhe confere uma dureza de HB 300 a 380. O modo de operação divide-se em dois tipos: encaixe manual e encaixe automático. As cunhas de proteção contra o vento automáticas são acionadas por um cilindro pneumático ou por um atuador elétrico, podendo ser operadas com um único botão na cabina do condutor; uma única pessoa consegue completar o encaixe das cunhas nas quatro rodas ao longo de toda a linha em menos de 5 minutos.

Dispositivos de fixação manuais e automáticos

O dispositivo de fixação é o meio mais fiável de proteção contra o vento quando o guindaste não está em funcionamento, fixando o guindaste a pontos de ancoragem pré-embutidos no solo através de pinos ou placas de fixação. Os dispositivos de fixação dividem-se, consoante o tipo, em dois tipos: fixação por pino e fixação por placa basculante. Na fixação por pino, são soldadas placas de fixação na parte inferior da ponte rolante e são reservados orifícios de fixação na base pré-embutida no solo; quando a ponte rolante não está em funcionamento, o pino de fixação é inserido nas placas de fixação e nos orifícios da base. Na fixação com placa basculante, instala-se uma placa de fixação basculante na parte inferior da viga terminal do guindaste; quando baixada, a ranhura de fixação da placa encaixa-se no pino de fixação no solo. A resistência à tração do sistema de pino é superior à do sistema de placa basculante (podendo atingir 300 a 500 kN num único ponto), enquanto a facilidade de operação do sistema de placa basculante é superior à do sistema de pino.

A disposição dos pontos de ancoragem prevê um conjunto a cada 20 a 30 m ao longo do eixo dos carris, de modo a garantir que a ponte rolante possa encontrar um ponto de ancoragem em qualquer posição de paragem. Cada conjunto de pontos de ancoragem conta com uma base de ancoragem em cada um dos dois carris; a resistência à arrancada da base é projetada para 1,5 vezes a carga máxima do vento em condições de inatividade. As bases de ancoragem são estruturas de betão armado, com dimensões geralmente de 800 × 800 × 1000 mm, betão de classe ≥ C30, e a armadura é projetada de acordo com os princípios de estacas resistentes à arrancada. Nas zonas costeiras sujeitas a tufões, exige-se que o espaçamento entre os pontos de ancoragem não seja superior a 15 m, sendo as dimensões das bases aumentadas para 1000 × 1000 × 1200 mm.

O interbloqueio elétrico entre o dispositivo de fixação e o sistema de controlo é um elemento-chave do projeto para impedir a deslocação com o dispositivo de fixação ativado. Quando qualquer um dos dispositivos de fixação se encontra no estado de fixação, o interruptor de fim de curso envia um sinal de fixação ao PLC, que, por sua vez, desliga os circuitos de funcionamento do carro principal e do carro secundário, ficando a luz indicadora ”Fixação não desativada” na cabina de condução acesa de forma permanente. Este circuito de interbloqueio deve ser instalado em todas as pontes rolantes equipadas com sistemas de aquecimento e proteção contra o vento, eliminando de forma definitiva o risco de erros operacionais em que o operador se esqueça de desativar a fixação antes de pôr a ponte rolante em funcionamento.

Concepção específica para zonas costeiras e com ventos fortes

O projeto de proteção contra o vento das gruas de pórtico em zonas costeiras e de ventos fortes deve ter em conta, adicionalmente, três aspetos específicos: a resposta a alertas de tufão, os cabos de proteção contra o vento e as amarras de proteção contra o vento. A resposta a alertas de tufão é definida em três níveis: Alerta azul (possível impacto de um tufão nas próximas 24 horas) → verificar se todos os dispositivos de proteção contra o vento estão em bom estado e efetuar um teste de funcionamento; Alerta amarelo (possibilidade de impacto dentro de 12 horas) → Parar a grua na posição de fixação, encaixar todas as cunhas de proteção contra o vento e inserir os pinos de fixação; Alerta vermelho (ataque direto dentro de 6 horas) → instalar cabos de proteção contra o vento. Devem ser instalados dois cabos de proteção contra o vento em cada extremidade da viga principal da grua, com um diâmetro ≥ 16 mm e um ângulo em relação às âncoras no solo não superior a 45°.

Os requisitos técnicos de proteção contra o vento para as gruas portuárias são ainda mais rigorosos. Os anemómetros devem ser instalados com dupla reserva (um principal e um de reserva, com comutação automática), os dispositivos de fixação aos carris devem ser configurados em modo duplo (eletrónico-hidráulico + retorno por mola) e o espaçamento entre os dispositivos de ancoragem não deve ser superior a 12 m. As cunhas de proteção contra o vento são de controlo automático, sendo possível, a partir da cabina de comando, acionar com um único botão a inserção simultânea de todas as cunhas, num tempo de operação não superior a 60 segundos. Além disso, as pontes rolantes portuárias devem estar equipadas com dispositivos anti-deslizamento, para impedir que, quando ancoradas, deslizem para a frente e para trás ao longo dos carris devido à ação combinada de ventos laterais. Após ventos fortes, é necessário verificar o alinhamento entre as rodas e os carris — sob a ação prolongada de ventos fortes, a grua pode sofrer um deslizamento mínimo, levando a um desvio das rodas,Diagnóstico e ajuste do problema de atrito dos carris nos carros-ponte de grande porteApresenta em pormenor os métodos de deteção do desalinhamento das rodas e de correção do vão.

A conceção do sistema de proteção contra o vento deve ainda ter em conta as ”condições de funcionamento reduzidas” — ou seja, se a capacidade de proteção restante é suficiente quando parte do sistema de proteção contra o vento estiver em avaria ou em manutenção. De acordo com o princípio da redundância de segurança, caso qualquer um dos dispositivos de fixação ao carril do sistema entre em avaria, a soma das forças de fixação dos restantes dispositivos deve continuar a ser igual ou superior a 75% da força de fixação total necessária. Durante a manutenção dos dispositivos de fixação, a distância entre dois conjuntos adjacentes de pontos de fixação não deve exceder 50% do valor de projeto.

Manutenção diária e resposta a emergências

A manutenção diária dos dispositivos de proteção contra ventos está diretamente relacionada com a fiabilidade em situações de emergência. Os grampos elétrico-hidráulicos devem ser submetidos a uma inspeção completa trimestralmente: nível e qualidade do óleo hidráulico (teor de água ≤ 0,11 TP3T), estanqueidade das tubagens (queda de pressão ≤ 51 TP3T após 5 minutos de manutenção da pressão), desgaste das garras (redução da espessura das garras ≤ 3 mm) e resistência de isolamento das ligações elétricas ≥ 1 MΩ. Os dispositivos de fixação manuais e os pinos de ancoragem devem ser submetidos a um exercício de operação sem carga uma vez por ano, para confirmar que o fuso e o pino não estão enferrujados nem encravados. As cunhas de proteção contra o vento devem ser inspecionadas semestralmente quanto ao desgaste da superfície da cunha e da superfície de contacto com o carril.

O procedimento de resposta a emergências deve ser afixado de forma visível no local: quando a velocidade do vento atingir o limiar do primeiro nível (valor de alerta) → alarme sonoro e luminoso na cabina de condução; o operador deve comunicar a situação à central de controlo; quando a velocidade do vento atingir o limiar do segundo nível (valor de desaceleração) → desaceleração automática e preparação para parar na posição de ancoragem; velocidade do vento atinge o limiar do terceiro nível (valor de paragem) → paragem automática com bloqueio dos carris; o operador deve premir o botão ”Ancoragem em toda a linha” na cabina de condução, completando sucessivamente as três ações: travagem do bloqueador de carris → encaixe das cunhas de proteção contra o vento → inserção do pino de ancoragem. Todas as operações devem ser concluídas no prazo de 5 minutos.

A realização periódica de exercícios de emergência contra ventos fortes é a melhor forma de verificar a fiabilidade do sistema. Recomenda-se a organização de um exercício contra ventos fortes com todo o pessoal a cada seis meses, simulando um cenário de aumento repentino da velocidade do vento, para avaliar o tempo de resposta dos operadores desde a receção do alarme até à conclusão da fixação; os critérios de aprovação são: operação individual ≤ 5 min e operação em equipa de duas pessoas ≤ 3 min. Após o exercício, deve ser realizada uma inspeção completa do dispositivo de proteção contra ventos fortes e devem ser registados os problemas detetados.

Perguntas frequentes