Autonomía, tiempo de carga y ciclo de trabajo de los accionamientos de grúas alimentados por litio

En una grúa con accionamiento de litio, la autonomía, el tiempo de carga y el ciclo de trabajo deben evaluarse como un único sistema operativo. Una batería que parece adecuada en una ficha técnica aún puede afectar un proyecto si la frecuencia de elevación, la demanda hidráulica, los periodos de inactividad, la temperatura ambiente o el acceso a la carga se estimaron incorrectamente. Por el contrario, un accionamiento eléctrico bien adaptado puede cubrir un turno planificado con menos interrupciones que una configuración dependiente del diésel, especialmente cuando el trabajo está concentrado, es predecible y cuenta con carga en el lugar.

Para los gerentes de proyecto, la primera pregunta no es «¿Cuántas horas funcionará?». Es: «¿Puede completar el patrón de elevación requerido, con una reserva suficiente, dentro del periodo disponible?». Esta distinción es importante porque el consumo energético de la grúa aumenta y disminuye considerablemente según el trabajo que se esté realizando. El desplazamiento, el movimiento de la pluma, la elevación, el giro, el despliegue de estabilizadores, las funciones de mantenimiento hidráulico y las cargas auxiliares no consumen energía al mismo ritmo.

La autonomía depende de los ciclos de trabajo, no solo de la duración del turno

Las cifras de autonomía publicadas son útiles solo cuando el ciclo de trabajo subyacente se asemeja a la operación planificada. Una grúa que realiza elevaciones cortas ocasionales durante un turno de ocho horas puede consumir menos energía que una grúa que trabaja continuamente durante cuatro horas con ángulos de pluma y radios de carga exigentes. Contar las horas del turno sin definir el tiempo de elevación activa es una causa común de subdimensionamiento.

Una estimación práctica comienza separando la operación en ciclos repetibles. Para cada ciclo, identifique la carga, la altura de elevación, el alcance, la velocidad de elevación, los movimientos de la pluma, los requisitos de giro, el tiempo bajo potencia hidráulica y el tiempo de espera previsto. El resultado no tiene que ser un modelo energético perfecto para ser útil. Debe revelar si la grúa pasa la mayor parte del tiempo esperando, realizando trabajos ligeros de posicionamiento o funcionando repetidamente cerca del extremo superior de su demanda hidráulica.

En los equipos montados sobre camión, la grúa instalada y la configuración del vehículo deben evaluarse conjuntamente. Una grúa de pluma recta puede tener una capacidad moderada a gran alcance, pero una demanda mucho mayor durante elevaciones frecuentes cercanas a la capacidad máxima, elevaciones rápidas o funciones hidráulicas simultáneas. Por ejemplo, laStraight Boom FST3.2E3 requiere hasta 18 kW de potencia y hasta 40 L/min de caudal hidráulico. Estas cifras no indican por sí solas la autonomía de la batería, pero establecen la capacidad máxima que el sistema de accionamiento eléctrico puede necesitar soportar.

Los equipos de proyecto también deben evitar planificar en torno a una descarga completa de la batería. Se necesita una reserva para elevaciones imprevistas, operación a temperaturas más bajas, envejecimiento de la batería, desvíos en la secuencia y un cargador que quede temporalmente no disponible. La reserva requerida dependerá del riesgo operativo del trabajo, pero un programa que solo funciona en condiciones ideales no es un programa fiable.

La potencia máxima y la energía media requieren comprobaciones diferentes

La capacidad de la batería determina cuánta energía está disponible a lo largo del tiempo, mientras que el accionamiento, el inversor, el sistema de gestión de la batería y la configuración del motor hidráulico determinan si la grúa puede suministrar potencia durante eventos de alta demanda. Ambas comprobaciones son necesarias.

Un sistema puede tener suficiente energía almacenada para un turno y, sin embargo, no ser capaz de sostener la potencia máxima requerida para una elevación rápida, un movimiento hidráulico de alta presión o una secuencia de elevaciones exigentes sin limitación de potencia. En esa situación, la grúa puede seguir funcionando, pero los tiempos de ciclo pueden prolongarse. Esto afecta a la productividad más de lo que sugiere un simple cálculo de autonomía.

Al revisar un sistema Lithum Motor o cualquier accionamiento de grúa eléctrico con batería, solicite al proveedor que distinga entre:

• energía utilizable de la batería en lugar de la capacidad nominal del paquete;
• potencia continua disponible durante las operaciones normales de elevación;
• potencia máxima de corta duración y las condiciones bajo las cuales está disponible;
• cualquier estrategia de control que reduzca la velocidad o la prioridad de las funciones a medida que disminuye el estado de carga de la batería;
• el rendimiento hidráulico esperado a la presión y el caudal de trabajo planificados;
• las hipótesis de consumo energético utilizadas en la estimación de autonomía.

El último punto es especialmente importante. Una afirmación de autonomía basada en un posicionamiento intermitente y de servicio ligero no puede utilizarse para programar la manipulación repetitiva de materiales o las elevaciones de instalación. El patrón de trabajo debe describirse en términos operativos: elevaciones por hora, carga media, carga máxima prevista, radio, duración de la actividad hidráulica y pausas entre grupos de elevaciones.

El tiempo de carga es una restricción de programación

La carga se analiza a menudo como una especificación técnica, pero es principalmente una restricción de planificación. La pregunta relevante es si la carga puede realizarse durante las pausas reales del trabajo. Una ventana nocturna es útil para una obra de un solo turno con acceso seguro a la energía. Ofrece poca protección para un programa de dos turnos, una zona de trabajo remota o un proyecto en el que el camión cambia de ubicación durante el día.

El tiempo de carga depende de la energía utilizable que debe reponerse, de la potencia de salida del cargador disponible en la obra, de los límites de carga de la batería y de la temperatura de funcionamiento del paquete. El equipo de carga puede ser capaz de proporcionar una alta potencia, pero la conexión de la obra, el cuadro de distribución, el tendido de cables o la demanda eléctrica compartida pueden limitar la potencia suministrada. Por lo tanto, la planificación del proyecto debe tener en cuenta la infraestructura de carga, en lugar de tratar la potencia nominal del cargador como un resultado garantizado en campo.

Hay tres estrategias de carga que conviene comparar durante la selección:

• Carga nocturna: Adecuada cuando la grúa regresa a una base fija o permanece en una obra segura y el ciclo de trabajo del día siguiente es predecible.
• Carga de oportunidad: Aprovecha las pausas entre paquetes de trabajo, entregas o cambios de cuadrilla. Puede aumentar el tiempo útil de operación diaria, pero solo si el punto de conexión está cerca y el acceso es fiable.
• Carga planificada a mitad de turno: Incorpora una parada de carga en la secuencia de trabajo. Puede respaldar programas exigentes, aunque debe tratarse como una actividad de producción con tiempo, espacio y capacidad eléctrica asignados.

Para el trabajo con grúas móviles, la ubicación del cargador merece tanta atención como su potencia nominal. Un punto de carga que requiera mover el camión, redirigir el acceso o bloquear a otro oficio puede quedar operativamente no disponible incluso cuando existe en la obra. Los gerentes deben confirmar el tendido de cables, la protección frente al tráfico de vehículos, la exposición a la intemperie, el control de acceso y quién tiene autorización para utilizar el suministro.

El ciclo de trabajo debe definirse antes de elegir el accionamiento

El ciclo de trabajo es la proporción de tiempo en la que la grúa realiza activamente tareas que demandan potencia, pero su intensidad importa tanto como su porcentaje. Diez minutos de posicionamiento ligero a baja presión no equivalen a diez minutos de elevación repetida de cargas elevadas a un gran radio. La definición del ciclo de trabajo debe reflejar la intensidad y la duración.

Un enfoque útil consiste en clasificar el trabajo planificado en tres categorías: elevaciones rutinarias, elevaciones pesadas o de gran alcance, y periodos de recuperación o inactividad. A continuación, examine la secuencia. Un sistema de accionamiento a menudo puede recuperar margen térmico y eléctrico durante un tiempo de inactividad real, mientras que los grupos de elevaciones pesadas pueden crear una condición de demanda máxima que no puede inferirse del promedio diario.

La tabla de carga de la grúa sigue siendo fundamental para esta evaluación. Una unidad con capacidad nominal de 3,2 toneladas a un radio de 2,5 m, por ejemplo, no tendrá el mismo perfil operativo a un radio de 10,25 m, donde la carga disponible en el gancho puede ser mucho menor. Alcanzar más lejos puede aumentar la duración y la precisión requeridas para una elevación incluso cuando disminuye la masa elevada. Por lo tanto, el dimensionamiento de la batería necesita la combinación prevista de carga y radio, no solo la cifra de capacidad máxima.

Tenga en cuenta estos errores de planificación

• Utilizar la capacidad nominal de la batería como si toda la energía almacenada fuera utilizable operativamente.
• Suponer que una carga media baja produce automáticamente un bajo consumo energético, pasando por alto una alta frecuencia de elevación o un largo tiempo de funcionamiento hidráulico.
• Especificar un cargador antes de confirmar la capacidad eléctrica de la obra y la ventana de carga real.
• Planificar un segundo turno en torno a una recarga de batería que no tiene tiempo protegido en el programa.
• Ignorar los efectos del clima frío, las altas temperaturas o el envejecimiento de la batería al establecer la reserva diaria.
• Evaluar la autonomía de la grúa por separado del desplazamiento del vehículo, los equipos auxiliares y otras cargas eléctricas cuando comparten la misma fuente de energía.

Base la decisión en el programa de trabajo

La base más sólida para decidir sobre un accionamiento de grúa con batería de litio es un programa operativo representativo, en lugar de una comparación genérica con equipos diésel. Trace las elevaciones previstas por carga, radio y secuencia; defina el tiempo hidráulico activo; identifique el periodo de trabajo ininterrumpido más largo; y establezca dónde puede realizarse la carga sin comprometer el programa. A continuación, compruebe si el sistema conserva una reserva operativa después de la parte exigente del día, no solo después de un día promedio.

Cuando el trabajo es repetible y la carga puede controlarse, los accionamientos de grúa eléctricos con batería pueden planificarse con considerable confianza. Cuando la secuencia de elevación es muy variable, el acceso a la energía es incierto o la demanda hidráulica máxima se mantiene durante largos periodos, la especificación necesita mayor margen y un plan de carga más deliberado. En última instancia, la autonomía es una cuestión de programación del proyecto expresada a través de la configuración de la batería, el accionamiento y la grúa.