Tablas de carga de grúas offshore
Cómo leer una celda de la tabla, de dónde procede la reducción de capacidad por estado de mar, por qué el factor dinámico puede depender de la carga y cuánta capacidad pueden recuperar la compensación de heave y la amortiguación de impactos.
- Una tabla de carga de grúa indica la carga máxima de trabajo segura (SWL) para cada radio. Una tabla offshore añade columnas para la altura significativa de ola (H_s), y aplica a cada una una reducción de capacidad mediante un factor dinámico \psi.
- Lea la celda correspondiente al radio más desfavorable del izado y al primer intervalo de H_s igual o superior a la previsión. La celda indica la carga bruta admisible: de ella se descuentan el gancho, los aparejos y otros pesos suspendidos.
- Según DNV-ST-0378, el \psi de una grúa offshore es como mínimo 1.3 para cargas de trabajo de hasta 2,500 kN. Aumenta con la velocidad relativa entre el gancho y la carga, y con la rigidez de la grúa.
- Si \psi se calcula a partir de la masa suspendida, aumenta cuando la carga disminuye, por lo que deben resolverse conjuntamente la carga y el factor. Al reducir una capacidad nominal de 10 t con (\psi = 1.30) para una velocidad relativa de 1.25 m/s, se obtienen 6.50 t, frente a las 7.2 t que da un factor fijo.
Una tabla de carga de grúa especifica la carga máxima de trabajo segura que puede izar una grúa para cada radio, longitud de pluma y ángulo. En operaciones offshore, el gancho, la carga, la cubierta y la superficie del mar se mueven unos respecto a otros, por lo que la capacidad indicada se reduce según el estado de mar: cada columna de altura de ola multiplica la capacidad nominal por el cociente entre el factor dinámico de esa capacidad y el correspondiente al estado de mar. Leer la celda correcta es la primera comprobación de cualquier izado offshore.
Cómo leer una celda de la tabla
El ejemplo A es una tabla ilustrativa del gancho principal de una grúa offshore. Cada columna de altura de ola aplica un factor fijo a la capacidad nominal, aquí con \psi_{\text{rating}} = 1.30:
| Radio | Capacidad nominalψ 1.30 | Hs ≤ 2.0 mψ ≈ 1.5 | Hs ≤ 2.5 mψ ≈ 1.7 | Hs ≤ 3.0 mψ ≈ 1.95 |
|---|---|---|---|---|
| 12 m | 10.0 t | 8.7 t | 7.6 t | 6.7 t |
| 16 m | 8.4 t | 7.3 t | 6.4 t | 5.6 t |
| 20 m | 6.9 t | 6.0 t | 5.3 t | 4.6 t |
| 24 m | 5.6 t | 4.9 t | 4.3 t | 3.7 t |
Tabla ilustrativa. Una tabla certificada especifica sus propias reglas, factores e intervalos de altura de ola.
- Localice la fila del radio. Use el radio de trabajo en el punto más desfavorable de la trayectoria de izado: el radio aumenta cuando la pluma sale y la capacidad disminuye.
- Elija la columna del estado de mar. Tome la altura significativa de ola prevista para la operación y redondéela hacia arriba hasta el primer intervalo igual o superior. Entre dos columnas, se aplica la más desfavorable.
- Lea la intersección. La celda correspondiente a 20 m y H_s \le 2.5\ \text{m} indica 5.3 t. Es la carga suspendida bruta admisible, no la carga neta.
- Compruebe la base de cálculo. Las celdas de H_s de una tabla certificada son las cargas admisibles aprobadas: úselas tal como figuran. Si calcula una carga admisible a partir de una capacidad nominal y un \psi obtenido de la masa suspendida, resuelva conjuntamente la masa y el factor (véase más abajo).
De dónde procede la reducción de capacidad
Las mayores reducciones de capacidad se deben a la velocidad relativa y a los cambios bruscos de tensión:
- Despegue de una cubierta en movimiento. Si el gancho sube mientras baja la cubierta del buque de suministro, las eslingas pasan de estar destensadas a soportar toda la carga casi al instante, y la carga de impacto puede superar ampliamente la carga estática.
- La zona de salpicadura. La flotabilidad, la resistencia hidrodinámica, la masa añadida y la velocidad orbital de las partículas de agua cambian rápidamente cuando la carga atraviesa la superficie.
- Elasticidad de la grúa y el cable. La grúa, el cable, las eslingas y la carga se comportan como un sistema masa-resorte, por lo que un movimiento rápido o una sincronización deficiente amplifican el pico de carga.
- Eventos breves. El despegue, la toma de contacto y los enganches pueden determinar la carga máxima en el gancho incluso si el estado de mar medio parece aceptable.
El factor dinámico de la tabla \psi recoge estos efectos en un solo número para la grúa. Está relacionado con el factor de amplificación dinámica (DAF) de un izado concreto, pero no es lo mismo: el DAF se obtiene del análisis de ese izado. Véase factor de amplificación dinámica.
Cómo se calcula el factor dinámico
En un izado desde un buque de suministro, la velocidad relativa entre el gancho y la carga combina la velocidad de izado con las velocidades verticales de la punta de grúa y de la cubierta:
Aquí v_L es la velocidad de izado, v_c la velocidad de la punta de grúa debida al movimiento del buque y v_d la velocidad de la cubierta debida a las olas. Estos valores proceden de datos de respuesta del buque, movimientos medidos o simulación en el dominio del tiempo, o de valores normativos conservadores cuando hay pocos datos. El factor dinámico se obtiene entonces a partir de la velocidad relativa, la rigidez k de la grúa y el cable, y la masa suspendida total m:
Esta es la ecuación de DNV-ST-0378, \psi = 1 + V_R\sqrt{C/(W g)} [4.1.3.2], reescrita con W = m g y C = k; v_c y v_d corresponden a los términos V_t y V_{\text{in}}. La norma fija un mínimo de 1.3 para grúas offshore con cargas de trabajo de hasta 2,500 kN. Los detalles, incluida la velocidad mínima de izado, figuran en DNV-ST-0378.
ψ fijo o dependiente de la masa: dos resultados
Tome, a 12 m, la capacidad nominal de 10 t con \psi = 1.30, y una velocidad relativa de 1.25 m/s y una rigidez de 400 kN/m. Para 10 t, la fórmula da:
El ejemplo B muestra la carga admisible según si \psi es fijo:
| Si ψ es | Cálculo | Carga bruta admisible |
|---|---|---|
| Un dato fijo (de una tabla normativa o del resultado de un análisis) | 10 \times 1.30 / 1.8 | 7.2 t con \psi = 1.8 |
| La fórmula propia de la grúa, \psi(m) | Resuelva m\,\psi(m) = 13\ \text{t}, con \psi(m) = 1 + 2.54842/\sqrt{m} | 6.50 t con \psi \approx 2.00 |
Con la fórmula, una carga menor recibe un factor mayor, por lo que el resultado debe satisfacer ambas condiciones a la vez:
Esto supone aproximadamente un 35 % menos que la capacidad nominal de 10 t. Antes de usar la regla del cociente simple, confirme que el factor realmente no depende de la masa.
La carga bruta admisible no es la carga neta
Todas las cifras anteriores corresponden a la carga suspendida bruta admisible. La carga útil neta admisible es lo que queda después de descontar la tara suspendida:
La tara incluye todo lo que cuelga por debajo del gancho y no es carga transportada: el bloque de gancho, el aparejo de cables, los elementos de izado, un balancín y cualquier otro equipo suspendido. Un compensador o amortiguador en la trayectoria de carga forma parte de esa tara, por lo que su peso también se descuenta de la carga admisible.
Cómo recuperar capacidad
La carga dinámica es lo que reduce la capacidad indicada en la tabla. Dos situaciones determinan el pico de carga y una tercera requiere control activo:
| Qué determina el pico | Qué ayuda | Cómo |
|---|---|---|
| Un evento: recogida desde cubierta, impacto o sobrecarga | POLARIS amortiguador para grúa | Absorbe la diferencia de velocidades mediante carrera y amortiguación, en vez de transmitirla como carga al gancho. Necesita tiempo para volver a su posición entre eventos. |
| Movimiento repetido de las olas: zona de salpicadura, izados submarinos | Compensación pasiva de heave: RIGEL o CYGNUS. Compensación pasiva adaptativa: ANTARES, con control automático de la amortiguación cuando la carga cambia durante el izado, por ejemplo al pasar del aire al agua o en una toma de contacto por etapas | Aísla la carga del heave de la punta de grúa, por lo que la velocidad relativa en la carga y, con ella, el DAF del izado se mantienen bajos con cada ola. |
| Un límite de movimiento residual que los equipos pasivos no pueden cumplir | Compensación activa de heave, como VEGA (en desarrollo) | Mide el movimiento y acciona la carga para contrarrestarlo; se reserva para los casos que requieren ese rendimiento. |
Los controles operativos siguen determinando las condiciones iniciales: velocidad de izado controlada, despegue suave, ausencia de nuevo contacto, evitar estados de mar resonantes y elegir la ventana meteorológica. Un izado con compensación o amortiguación no modifica la tabla certificada de la grúa; reduce la carga dinámica que realmente experimenta el izado.
Con las cifras de esta página, el efecto puede ser el siguiente: la capacidad nominal de 10 t tiene un límite dinámico de 13 t (10 t × 1.30). Sin compensación, el caso calculado permite 6.50 t. Si el análisis del izado demuestra que un compensador limita el pico a 1.3 veces la carga estática, 13 t / 1.3 cubren las 10 t completas. Esa base debe ser aceptada por el fabricante de la grúa o la sociedad de clasificación, y por el inspector de garantía marítima. Para un amortiguador, DNV-ST-0378 solo reconoce el efecto de un amortiguador hidráulico si se acuerda específicamente y se documenta mediante cálculos y ensayos presenciados por un inspector [5.2.9.10]. Para una primera selección del producto, consulte la guía de selección.
Normas aplicables a la tabla
La tabla de carga de una grúa offshore sigue las normas bajo las que se certificó: DNV-ST-0378 para grúas offshore y de plataforma certificadas por DNV, EN 13852-1 en Europa, o API 2C para grúas offshore de pedestal. Un compensador de heave en la trayectoria de carga se diseña conforme a DNV-ST-0378 y se valida conforme a DNV-RP-N202, mientras que el izado completo se rige por DNV-ST-N001, con DNV-RP-N103 para el análisis dinámico; véase normas DNV para izados offshore.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una tabla de carga de grúa?
Una tabla de la carga máxima de trabajo segura que puede izar una grúa para cada radio, longitud de pluma y ángulo. La tabla de una grúa offshore también tiene columnas de altura significativa de ola, cada una con una reducción de capacidad por un factor dinámico correspondiente al movimiento en el mar.
¿Cómo se lee una tabla de carga de grúa offshore?
Busque la fila del radio más desfavorable del izado, elija la columna de la altura significativa de ola prevista redondeada hacia arriba hasta el primer intervalo igual o superior, y lea la celda. Esta indica la carga suspendida bruta admisible: reste el gancho, los aparejos y otros equipos suspendidos para obtener la carga útil neta.
¿Qué factor dinámico se aplica a una grúa offshore?
Según DNV-ST-0378 el factor dinámico de una grúa offshore es como mínimo 1.3 para cargas de trabajo de hasta 2,500 kN. El valor real depende de la velocidad relativa entre gancho y carga, la rigidez de la grúa y la masa suspendida; en la tabla ilustrativa de esta página es aproximadamente 1.5 con Hs 2.0 m, 1.7 con 2.5 m y 1.95 con 3.0 m.
¿Cómo se calcula la carga admisible a partir del factor dinámico?
Con un factor fijo, carga bruta admisible = capacidad nominal \times\,\psi_{\text{rating}}/\psi_{\text{sea state}}; en el ejemplo de esta página, 10 t × 1.30 / 1.8 = 7.2 t. Si el factor procede de la fórmula de la grúa y depende de la masa, resuelva conjuntamente la masa y el factor: la misma capacidad nominal de 10 t permite entonces 6.50 t con \psi = 2.00.
¿Aumenta la compensación de heave la capacidad de la grúa?
No modifica la tabla certificada de la grúa. Reduce la carga dinámica que realmente experimenta el izado al disminuir el movimiento relativo entre gancho y carga. En el caso calculado de esta página, si el análisis del izado muestra un pico de 1.3 veces la carga estática, la capacidad nominal de 10 t dispone de un límite dinámico de 13 t que cubre las 10 t completas, frente a 6.50 t sin compensación. Esa base debe ser aceptada por el fabricante de la grúa o la sociedad de clasificación y por el inspector de garantía marítima.
¿Cuál es la diferencia entre el factor dinámico y el DAF?
El factor dinámico \psi es el factor de la norma de grúas que se usa para dimensionar la grúa y su tabla. El factor de amplificación dinámica (DAF) es el cociente entre la carga máxima y la estática para un izado concreto, obtenido mediante el análisis de ese izado.
Base y fuentes
- DNV-ST-0378, edición de julio de 2019 modificada en octubre de 2021: el factor dinámico [4.1.3], los valores mínimos para grúas offshore y la velocidad relativa [8.2.2], las tablas de carga por altura de ola [8.2.4] y los amortiguadores hidráulicos [5.2.9.10].
- Los ejemplos A y B y el caso calculado son ilustrativos, con los datos indicados; las cifras se han redondeado como se muestra y se pueden recalcular exactamente a partir de las fórmulas de esta página.
- EN 13852-1 Grúas, grúas offshore, grúas offshore de uso general; API Spec 2C Grúas offshore montadas sobre pedestal.
¿Está consultando la tabla de carga para un izado con compensación?
Envíenos el radio y la SWL de la grúa, la velocidad de izado, la carga útil, el estado de mar, el período de ola y la secuencia de izado. Comprobaremos la celda de la tabla y cuánta capacidad puede recuperar un compensador o amortiguador.
Envíenos su caso de izado →Descarga gratuita · 8 páginas
Casos de carga en izados offshore: cifras de referencia de ND
Qué se mide realmente en un izado, con y sin compensación pasiva, según las simulaciones en el dominio del tiempo de Norwegian Dynamics. No reproduce ninguna norma: su valor reside en las cifras, que ninguna norma publica.
