Variadores para Grúas y elevación

Una grúa es una máquina que pasa la mayor parte de su vida sosteniendo algo pesado en el aire. Ese único hecho condiciona todos los requisitos de su sistema eléctrico. El mecanismo de elevación debe desarrollar pleno par a velocidad cero para sostener la carga con el freno abierto y recogerla con limpieza; el freno debe abrirse después de que el variador haya establecido par y cerrarse antes de que este lo retire, o la carga cae unos centímetros en cada ciclo; y los movimientos de traslación deben acelerar y frenar una masa oscilante sin convertir la carga en un péndulo.

La grúa es además la aplicación en la que el beneficio mecánico de un variador es más fácil de defender. Una grúa de dos velocidades o gobernada por contactores deja caer la carga sobre el freno, arranca con una sacudida y desgasta sus forros en servicio normal. Un variador entra y sale por rampa y usa el freno solo para sostener una carga inmóvil, lo que en una grúa de trabajo continuo amortiza la conversión solo con el ahorro de forros.

El ajuste más importante de un variador de izado no es el límite de velocidad, sino el orden en que se aplican y retiran par y freno. En una subida, el variador debe desarrollar par antes de que abra el freno, o la carga retrocede; en una bajada, el freno debe cerrarse solo después de que el variador haya asumido la carga, o la carga cae. Los variadores actuales lo resuelven con una secuencia de control de freno mecánico: un tiempo de comprobación de par, un retardo de apertura y un retardo de cierre, todos ajustables y todos a fijar contra el freno real, no contra un valor por defecto.

Sostener una carga a velocidad cero es una capacidad distinta. El control en lazo abierto no puede hacerlo: el variador no sabe si sigue sosteniendo algo. El control vectorial en lazo cerrado o, en motores de imán permanente, el control con realimentación de encoder permiten mantener velocidad cero con pleno par de forma indefinida, que es lo que hace posible abrir el freno sin carga.

La realimentación de encoder importa también en los movimientos de traslación de grúas de gran precisión, como las de contenedores o bobinas, donde la velocidad de rastreo debe ser predecible. En una grúa de taller sencilla suele bastar con control vectorial en lazo abierto y una rampa S bien ajustada, y cuesta menos.

Una carga colgada de un cable es un péndulo, y el gruista dedica buena parte del turno a amortiguarlo a mano. El periodo del péndulo depende de la longitud del cable, de modo que el mismo perfil de aceleración que balancea violentamente la carga con 30 m de cable apenas la mueve con 5 m. Por eso una rampa fija es un compromiso y por eso los variadores específicos de grúa incorporan control de oscilación.

El control de oscilación actúa dando forma al perfil de aceleración y deceleración en dos escalones cuyo desfase se calcula a partir de la longitud del cable. El primer escalón pone la carga en movimiento; el segundo, aplicado medio periodo de péndulo después, recoge la carga en lo alto de su oscilación y la anula. El resultado es que el operador puede ordenar un traslado rápido y la carga llega prácticamente inmóvil.

La función necesita la longitud del cable como entrada: medida por un encoder del cabrestante o introducida por el operador como número de posiciones de reenvío. Incluso la versión más sencilla, en la que el operador introduce una longitud aproximada, elimina la mayor parte del balanceo residual y, más importante, hace que el comportamiento de la grúa sea consistente entre operadores y entre turnos.

Cada descenso controlado de una carga regenera energía y, en una grúa con ciclo fijo, esa energía llega con la frecuencia suficiente para importar. Cuando varias grúas comparten bus de continua —habitual en un puente grúa con variadores de izado, carro y traslación—, la energía recuperada en un descenso la consumen los demás y la resistencia de frenado solo hace falta para el excedente. Es una de las pocas aplicaciones en las que un bus común se amortiza solo por energía.

Los cuadros de grúa deben soportar intemperie, polvo y, en grúas portuarias o de acería, calor. De ahí dos decisiones prácticas. La primera es la envolvente: una grúa a la intemperie necesita un cuadro estanco y refrigerado, y el método de refrigeración debe funcionar en el ambiente real, no en uno supuesto. La segunda es el montaje: los variadores montados en el puente o en el carro soportan una vibración que los montados en armario no tienen, de modo que la fijación mecánica forma parte de la especificación eléctrica.

La alimentación de control es la tercera cuestión. Una grúa exterior con una línea de festón o de cable larga verá caídas de tensión, y un variador que dispara por subtensión detiene la grúa a mitad de ciclo. Ajustar el umbral de disparo por subtensión y, en algunos casos, añadir una función de mantenimiento ante microcortes es lo que mantiene la disponibilidad de la grúa en un día de viento.