Amortiguación de impactos en grúas
Un amortiguador de grúa se instala en línea bajo el gancho y transforma una carga repentina, como el descenso súbito de un pilote o un tirón al despegar la carga, en una fuerza controlada a lo largo de su carrera. Cómo funciona, cómo dimensionar la carrera y qué hizo en un descenso súbito de un pilote y su martillo, con una masa móvil conjunta de 1,500 t.
- Un amortiguador de grúa es un cilindro hidráulico con un resorte de gas, instalado en línea entre el gancho y la carga. Si la carga recibe un tirón, cae o se desplaza súbitamente, el dispositivo recorre su carrera y mantiene la fuerza en el cable cerca de un valor ajustado, sin dejar que se dispare.
- La energía que debe absorber es la energía cinética de la carga en movimiento; la fuerza que puede emplear es el pico permitido menos la carga estática. La carrera relaciona ambas magnitudes.
- Una estimación preliminar: con el 90 % de la carrera utilizable, un factor fuerza-carrera de 0.5 y un DAF permitido de 1.3, una carga que llega a 3.13 m/s necesita unos 3.7 m de carrera.
- En un estudio comparativo con CONSTELLATION de un descenso súbito de un pilote y su martillo, con una masa móvil conjunta de 1,500 t, a 5.0 m/s, POLARIS mantuvo el DAF en el gancho en 1.43 frente a 2.28 con una unión rígida, y utilizó 4.98 m de sus 6.0 m de carrera.
Los compensadores de heave se ocupan del movimiento repetitivo causado por las olas. Un amortiguador se ocupa de un solo suceso: un pilote que atraviesa una capa blanda mientras la grúa sostiene el martillo, una carga que recibe un tirón al separarse de la cubierta de un buque de suministro cuando este desciende, o una eslinga que se destensa y vuelve a tensarse bruscamente. Sin amortiguador, solo el alargamiento del cable y los aparejos detiene el movimiento. Ese alargamiento es pequeño, por lo que la fuerza es elevada.
Qué hace un amortiguador
Durante una elevación estable, el amortiguador soporta la carga estática como un eslabón más del aparejo. Si la carga recibe un tirón, cae o se desplaza súbitamente, el dispositivo recorre su carrera. Su resorte de gas absorbe la primera parte del suceso; después, una válvula se abre a una presión ajustada, de modo que la fuerza en el cable aumenta hacia un nivel establecido y se mantiene cerca de él mientras se detiene la carga. La energía del suceso calienta el aceite en vez de producir un pico de fuerza en la grúa, el cable y los aparejos.
La forma de esa curva fuerza-carrera determina qué proporción de la carrera se aprovecha. Una curva que asciende rápidamente hasta el pico permitido y se mantiene allí aprovecha bien la carrera; una rampa lenta desperdicia la primera parte. Esa proporción es el factor η de la estimación de dimensionamiento siguiente.
Dimensionar la carrera
El suceso aporta energía cinética: la masa efectiva en movimiento m_{\text{eff}} a la velocidad relativa en el momento del enganche v_{\text{rel}}. A menudo resulta más sencillo expresarla como la distancia equivalente de caída libre h:
El amortiguador puede aplicar la fuerza por encima de la carga estática, hasta el pico permitido, a lo largo de su carrera útil. Si W_{\text{ref}} es la carga estática a la que se refiere el DAF, \psi_{\text{allow}} el DAF permitido, S la carrera, \mu su fracción utilizable y \eta la fracción del rectángulo que ocupa la curva fuerza-carrera hasta que la carga se detiene (Figura 1), la energía que puede absorber es:
Al igualar ambas energías se obtiene la carrera requerida en una primera estimación:
En esta página se utiliza \mu = 0.9, que deja un margen en los topes de carrera, y \eta = 0.5 en todo momento, tanto en el ejemplo resuelto como en la Figura 2. Las curvas reales ocupan aproximadamente la mitad del rectángulo: la fuerza necesita parte de la carrera para aumentar y disminuye conforme se frena la carga. En el estudio del descenso súbito del pilote que se presenta a continuación, la curva ocupó alrededor de 0.53 del rectángulo durante los 4.98 m utilizados; por tanto, 0.5 se aproxima al resultado y queda del lado conservador.
Ejemplo resuelto
- El suceso. El sistema toma la carga a una velocidad equivalente a una caída libre desde h = 0.50\ \text{m}: v_{\text{rel}} = \sqrt{2 g h} \approx 3.13\ \text{m/s}.
- Los límites. DAF permitido de 1.3, masa efectiva igual a la masa de referencia, \mu = 0.9 y \eta = 0.5.
- La carrera. Con masas iguales, la estimación se simplifica aS \ge \frac{h}{\mu\, \eta\, (\psi_{\text{allow}} – 1)}por tantoS \ge \frac{0.50}{0.9 \cdot 0.5 \cdot 0.3} \approx 3.70\ \text{m}Una unidad de 4 m cumple.
La estimación comprueba solo la energía. El pico real depende de la curva fuerza-carrera configurada y de la rigidez de la grúa, el cable y los aparejos; un análisis transitorio confirma que se mantiene por debajo del DAF permitido y que queda carrera disponible.
Comprobación con un descenso súbito de pilote
En nuestro estudio comparativo con CONSTELLATION CS-2026-005, el conjunto formado por un pilote y su martillo, con una masa móvil conjunta de 1,500 t, desciende a 5.0 m/s. Se ejecutó el mismo modelo dos veces a partir de un único conjunto de parámetros: una con una unión rígida y otra con un POLARIS de 2,000 t y 6.0 m de carrera.
| Resultado | Unión rígida | Con POLARIS |
|---|---|---|
| Carga máxima en el cable | 37.7 MN | 23.6 MN |
| DAF en el gancho, respecto a la carga estática de 16,553 kN | 2.28 | 1.43 |
| Rebotes con destensado total tras la detención | 2 | 0 |
| Carrera utilizada | – | 4.98 m de 6.0 m |
La estimación coincide. La masa en movimiento de 1,500 t a 5.0 m/s aporta
Con una carga estática en el gancho de 16,553 kN, al DAF alcanzado en el estudio y con \mu\, \eta = 0.9 \cdot 0.5 = 0.45, cada metro de carrera puede absorber
por lo que la estimación requiere 18.75 / 3.203 \approx 5.85\ \text{m} de carrera. La unidad de 6.0 m cumple, y la simulación utilizó 4.98 m. Leer el estudio de la detención del descenso súbito del pilote →
¿Amortiguador o compensador de heave?
Para un suceso puntual se indica un amortiguador; para el movimiento repetitivo debido a las olas o un servicio de tensión continua, se indica la compensación de heave. La recogida de una carga desde un buque de suministro ilustra el límite entre ambos casos. El tirón se produce una vez por elevación, cuando el cable toma la carga al descender el buque, por lo que un amortiguador como POLARIS lo absorbe. Si la carga permanece conectada a la cubierta en movimiento, corresponde un compensador de heave. En los casos intermedios, la decisión depende de la frecuencia del suceso, la rapidez con que debe restablecerse el dispositivo, el calor de los sucesos repetidos y la carrera disponible.
Dos formas de construirlo
Los amortiguadores convencionales sitúan el resorte de gas en acumuladores externos y controlan el caudal mediante una restricción, que puede ser ajustable o no. POLARIS, nuestro diseño ligero, mantiene un pequeño volumen de gas dentro de un único cilindro hidráulico y controla el caudal mediante válvulas diseñadas con CFD.
| Característica | Con acumuladores | POLARIS |
|---|---|---|
| Principio de funcionamiento | Resorte de gas en acumuladores externos, con una restricción hidráulica | Pequeño volumen de gas interno y válvulas diseñadas con CFD en un solo cilindro; sin acumuladores externos ni válvulas de aguja |
| Ajuste | La restricción puede ser ajustable o no | Válvula y ajuste previo elegidos para el suceso especificado |
| Peso y espacio ocupado | Los acumuladores externos añaden masa y ocupan espacio en cubierta | Menos componentes; por tanto, menor peso y tamaño para un servicio comparable |
| Preparación | Llenado de los acumuladores y ajuste de la válvula según la configuración | Sin llenado de acumuladores externos; ajuste previo según la configuración |
| Suministro | Varios proveedores | Patentado (patente noruega NO 349575); suministrado exclusivamente por Norwegian Dynamics |
Preguntas frecuentes
¿Qué hace un amortiguador de grúa?
Se instala en línea bajo el gancho y transforma una carga repentina en una fuerza controlada a lo largo de su carrera. Si la carga recibe un tirón, cae o se desplaza súbitamente, el dispositivo recorre su carrera y mantiene la fuerza en el cable cerca de un nivel ajustado mientras se detiene la carga. Así, la grúa, el cable y los aparejos no sufren el pico que produciría una unión rígida.
¿Cómo se dimensiona la carrera de un amortiguador de grúa?
Primero se hace una estimación energética: S \ge m_{\text{eff}}\, v_{\text{rel}}^{2} / \left( 2 \mu \eta W_{\text{ref}} (\psi_{\text{allow}} – 1) \right), donde \mu es la fracción utilizable de la carrera y \eta la fracción que ocupa su curva fuerza-carrera. Después se verifica el pico real con la curva fuerza-carrera configurada y la rigidez de la grúa, el cable y los aparejos.
¿Necesito un amortiguador o un compensador de heave?
Un amortiguador sirve para un suceso puntual: un descenso súbito de pilote, un tirón al despegar la carga o una eslinga que se tensa bruscamente. La compensación de heave sirve para el movimiento repetitivo debido a las olas y los servicios de tensión continua. En los casos intermedios, la elección depende de la frecuencia del suceso, la rapidez de restablecimiento del dispositivo, el calor y la carrera disponible.
¿Puede un amortiguador absorber el tirón al recoger una carga de un buque de suministro?
Sí. Cuando la carga se levanta de la cubierta de un buque de suministro y el buque desciende, el cable puede tensarse bruscamente; un amortiguador en línea como POLARIS limita ese pico. Para elevaciones en las que la carga permanece conectada a la cubierta en movimiento, es más adecuado un compensador de heave.
¿Qué hizo POLARIS en el estudio del descenso súbito del pilote?
En nuestro estudio comparativo con CONSTELLATION CS-2026-005, el conjunto formado por un pilote y su martillo tenía una masa móvil de 1,500 t y, al descender a 5.0 m/s, alcanzó un DAF en el gancho de 2.28 con una unión rígida y de 1.43 con un POLARIS de 2,000 t. La carga máxima en el cable bajó de 37.7 MN a 23.6 MN, la unidad utilizó 4.98 m de sus 6.0 m de carrera y no hubo rebotes con destensado total tras la detención (hubo dos con la unión rígida).
¿Cómo protege un amortiguador la capacidad de la grúa?
Manteniendo la carga máxima en el cable por debajo del límite que indica la tabla de cargas de la grúa para la elevación. Un pico o DAF verificado más bajo puede conservar margen en la casilla aplicable de la tabla; compruebe la definición de carga de la tabla, el radio y la configuración, la carga de referencia y los criterios del proyecto.
Fuentes y supuestos
- La estimación se basa en un balance de energía de la masa efectiva en movimiento, con \mu = 0.9 y \eta = 0.5 en todos los casos. η solo cuenta la fuerza por encima de la carga estática hasta el punto en que la carga se detiene; en el punto de diseño de la estimación, esto corresponde a la carrera útil. Calculado a partir de CS-2026-005 (1,500 t a 5.0 m/s, carga estática de 16,553 kN, DAF 1.43 y 4.98 m utilizados), su valor es aproximadamente 0.53. La eficiencia de absorción de energía indicada en la página de POLARIS es una razón distinta (toda la fuerza dividida por la fuerza máxima), por lo que su valor es mayor.
- Los resultados del descenso súbito del pilote proceden de nuestro estudio publicado con CONSTELLATION CS-2026-005, un estudio modelado y no un análisis certificado para un proyecto.
- El dimensionamiento final comprueba la curva fuerza-carrera configurada, la rigidez y la precarga de la grúa, el cable y los aparejos, el margen de carrera, la recurrencia del suceso, el restablecimiento y el calor, el entorno y las bases del proyecto o de la sociedad de clasificación.
¿Desea añadir amortiguación de impactos bajo el gancho?
Envíenos:
- la masa en movimiento y la carga estática de la que cuelga
- la velocidad de entrada en carga, o la distancia de caída libre o descenso súbito
- el pico o DAF permitido, y la carga a la que se refiere
- la carrera y la altura libre disponibles
- la frecuencia y el lugar en que se produce el suceso
Le enviaremos una evaluación preliminar de POLARIS y los datos necesarios para verificarla.
Envíenos los datos de su elevación →
