Una grúa pórtico recorre más distancia que cualquier otra máquina de la planta, y la potencia tiene que seguirla. Transformador, cable, enrollador y puesta a tierra, medidos en la vía de rodadura y no en la placa de características.
Todo puente grúa tiene exactamente un mecanismo capaz de devolver potencia por el cable, y es el que está atornillado al gancho. Un polipasto de 5 toneladas que baja seis metros a seis metros por minuto empuja unos 4.2 kW de vuelta al variador mientras dura ese descenso. Lo que ocurre después es una decisión, no física. Calor en una resistencia, o electricidad de vuelta a la planta. En esa unidad de 5 toneladas la decisión vale unos USD 150 al año. En un carro de 50 toneladas vale USD 6,000.
La mecánica es sencilla y la eléctrica no lo es. Una carga que baja convierte el motor en generador, el generador carga un bus de CC que no tiene dónde poner esa carga, y algo tiene que absorberla antes de que el variador se apague solo en pleno vuelo. La mayoría de las discusiones que tenemos con los compradores son sobre cuál de los tres absorbedores pagar.
Esta es la parte del polipasto en esa discusión. No la grúa completa. El polipasto es el único movimiento donde la energía merece la pena recogerse, y también el único donde equivocarse deja caer una carga.
Solo el polipasto, y la razón es aritmética. Bajar una carga libera energía potencial almacenada, m por g por h, que es grande y vuelve en cada ciclo. Detener un puente en movimiento libera energía cinética, un medio de m por v al cuadrado, que es pequeña y ocurre una vez por traslación.
Pongámosle números. Un puente de 20 toneladas que se desplaza a 40 m/min lleva unos 4.4 kJ de energía cinética. Llevarlo al reposo recupera eso, en teoría, si se atrapa toda. La misma grúa bajando 20 toneladas a lo largo de 10 m libera 1,962 kJ. Eso es unas 445 veces más energía, en un solo movimiento, cada vez que el gancho baja.
| Movimiento | Energía disponible por evento | De dónde viene | ¿Merece la pena recogerla? |
|---|---|---|---|
| Descenso del polipasto, 20 t a lo largo de 10 m | 1,962 kJ (0.55 kWh) | Energía potencial almacenada, recargada en cada elevación | Sí. Es todo el argumento a favor de la regeneración |
| Traslación del puente, 20 t a 40 m/min, detenido | 4.4 kJ (0.0012 kWh) | Energía cinética de la masa en movimiento | No. Gastará más en el variador de lo que recupera |
| Traslación del carro, 5 t a 20 m/min, detenido | 0.28 kJ (0.00008 kWh) | Energía cinética, y mucha fricción de rodadura | No. La fricción se come casi toda antes de que lo haga el motor |
| Giro o rotación de la pluma, detenido | Solo trabajo de fricción | Pérdidas en rodamientos y engranajes | No. No hay energía almacenada que liberar |
Así que cuando un folleto dice que la grúa es regenerativa, pregunte por qué movimiento. Si la respuesta es la traslación, la función existe para reducir el desgaste del freno, no para recuperar energía, y no son la misma compra. Hemos visto cotizaciones en las que la palabra aparecía cuatro veces y lo único que regeneraba era el polipasto.
La fórmula es corta: la energía es igual a masa por gravedad por altura, y la energía eléctrica que se puede devolver es ese número multiplicado por el rendimiento del reductor, del motor y del variador, porque cada uno de ellos también se lleva una parte en el sentido de generación. Usamos 0.85 para un polipasto de tornillo sin fin o helicoidal con un variador moderno.
Para un polipasto de 5 toneladas que baja 6 m: 5,000 kg por 9.81 por 6 m son 294 kJ, y con 0.85 eso es 0.070 kWh de electricidad. A USD 0.12 por kWh, el ciclo vale 0.8 de un centavo.
| Capacidad | Altura de descenso | Energía liberada | Electricidad devuelta | Valor a USD 0.12/kWh |
|---|---|---|---|---|
| 0.5 t | 3 m | 14.7 kJ | 0.0035 kWh | 0.04 centavos |
| 1 t | 3 m | 29.4 kJ | 0.0069 kWh | 0.08 centavos |
| 2 t | 4 m | 78.5 kJ | 0.0185 kWh | 0.22 centavos |
| 5 t | 6 m | 294 kJ | 0.070 kWh | 0.8 centavos |
| 10 t | 8 m | 785 kJ | 0.185 kWh | 2.2 centavos |
| 20 t | 10 m | 1,962 kJ | 0.463 kWh | 5.6 centavos |
| 50 t | 12 m | 5,886 kJ | 1.39 kWh | 16.7 centavos |
| 100 t | 15 m | 14,715 kJ | 3.47 kWh | 41.7 centavos |
Estas cifras son nuestras, calculadas para este artículo, y cuadran con ejemplos publicados de la industria de resistencias. Cressall usa un ascensor con cuatro personas dentro a 25 kJ y un contenedor de 40 pies bajado a un buque a 2 MJ, que es el mismo orden que nuestra cifra de 20 toneladas una vez que se tiene en cuenta su caída de 20 m y la gravedad redondeada a 10. Si su carga es un contenedor de 40 pies que entra en una bodega, un descenso son 2 megajulios y el argumento sobre la recuperación pasa a ser otra conversación.
Existen cuatro caminos. Se diferencian en qué ocurre con la energía, en qué paga el comprador y en qué falla primero.
| Configuración | A dónde va la energía | Qué cuesta | Qué falla primero |
|---|---|---|---|
| Polipasto de contactores de dos velocidades, sin variador | De vuelta a la planta por el contactor, sin control | Lo más barato. Sin variador, sin resistencia, sin chopper | Las guarniciones de freno y el contactor |
| VFD con chopper de frenado y resistencia | Calor, fuera del tablero, 100 por ciento perdido | Variador más una resistencia de unos cientos de dólares | Los bornes de la resistencia y el transistor del chopper |
| VFD con etapa de entrada regenerativa | De vuelta a la red con un factor de potencia de aproximadamente 0.99 | Sobreprecio del variador y, normalmente, un reactor de línea o el esquema de un filtro | La propia etapa de entrada, si está subdimensionada para el servicio |
| Bus de CC compartido con un segundo variador | Hacia cualquier otro equipo que esté acelerando en el mismo bus | Hardware de bus de CC y un grupo de variadores coordinado | El enclavamiento, si un variador queda aislado mientras el otro funciona |
La cuarta opción es la que menos preguntan los compradores y la que más deberían preguntar. Una grúa de dos polipastos, o un polipasto y un variador de traslación larga alimentados desde un mismo bus, pueden pasar energía entre ellos sin ninguna conexión con la alimentación. Es el sistema regenerativo más barato que existe, porque el único hardware es el bus y el único trabajo de diseño es el enclavamiento.
El motor genera y, como el rectificador del variador solo conduce en un sentido, la energía no tiene otro sitio adonde ir que los condensadores del bus de CC. Esos condensadores no son una batería. Cressall sitúa su absorción útil en el 3 a 5 por ciento de la potencia regenerada. En un polipasto de 10 toneladas que devuelve 11 kW eso son 330 a 550 W, lo que retrasa el problema una fracción de segundo y después deja de ayudar.
La tensión del bus sube entonces. En un variador de 400 V el nivel nominal de CC es 400 por la raíz cuadrada de dos, es decir 566 V. La mayoría de los variadores activan el chopper de frenado en torno a 1.2 a 1.25 veces el nominal, lo que lo sitúa en 680 a 710 V, y la mayoría dispara por sobretensión alrededor de 790 a 800 V. Consulte su propio manual, porque estos valores son específicos de cada familia, pero la forma es la misma en todas partes: hay unos 100 V de margen entre «empezar a disipar energía» y «apagarse en pleno vuelo».
| Estado del bus de CC, variador clase 400 V | Nivel típico | Qué está ocurriendo |
|---|---|---|
| Nominal, motor consumiendo potencia | 566 V | El rectificador alimenta el bus, condensadores cargados a la tensión de pico de línea |
| Comienza la regeneración | 570 a 620 V | Los condensadores absorben del 3 al 5 por ciento de la potencia devuelta y el bus empieza a subir |
| Se activa el chopper de frenado | 680 a 710 V | El IGBT conecta la resistencia en el bus y la tensión deja de subir |
| Resistencia caliente, chopper modulando | 700 V más o menos 10 V | La energía se está convirtiendo en calor y el descenso está bajo control |
| Disparo por sobretensión | 790 a 800 V | El variador se desconecta, el par desaparece, el freno mecánico se cierra de golpe |
Esa última fila es la que importa comercialmente. Cuando el variador dispara, la carga no se detiene suavemente. El freno se cierra sobre un tambor en movimiento, el cable y el reductor se llevan el golpe y, en un polipasto pesado, toda la vía de rodadura lo nota. Por eso «ponga un variador más grande» es un mal consejo y por eso la resistencia no es un accesorio opcional en un polipasto.
Porque un variador de propósito general está diseñado para una carga que empuja un poco hacia atrás, y un polipasto empuja mucho. Un proveedor de variadores para grúas plantea el caso sin rodeos: ponga un VFD estándar en una cinta transportadora y funcionará de maravilla; ponga ese mismo variador en el polipasto de una grúa y lo más probable es que dé un fallo de sobretensión en su primera elevación pesada. Su explicación es la de arriba, en menos palabras, y la consecuencia que señalan es exactamente la que usted temería. Cuando un VFD se apaga en pleno vuelo, el freno mecánico se cierra de golpe y la grúa recibe un choque mecánico.
Danfoss dice lo mismo desde el otro lado. Sin resistencia de frenado, la tensión del enlace de CC sigue subiendo hasta que el variador se desconecta para protegerse. Su guía de diseño incluye además una advertencia que debería leer cualquiera a quien le hayan dicho que el control de sobretensión resuelve esto. La función de control de sobretensión, que permite a un variador atravesar un bus en subida reduciendo la frecuencia de salida, viene desactivada por defecto en su guía de frenado y está marcada específicamente como no habilitable en aplicaciones de elevación, con daños personales y daños al equipo citados como consecuencia.
Léalo con atención, porque explica un modo de fallo que nadie espera. El control de sobretensión funciona dejando que el motor gire más rápido de lo mandado, lo que en una cinta transportadora es inofensivo y en un polipasto significa que la carga desciende más rápido de lo que pidió el operador. El variador sobrevive. La carga llega antes y con dureza.
El diagnóstico tiene que ver sobre todo con el momento. Un variador que dispara en reposo o al energizarse es un problema de alimentación y de medición. Un variador que dispara solo al bajar, o solo al desacelerar, apunta directamente a la regeneración y al camino de la energía. Un variador que dispara exactamente en una transición de freno es un problema de secuencia y necesita velocidad, par y realimentación del freno en una misma línea de tiempo antes de que alguien sustituya una pieza. Los rearmes repetidos destruyen la evidencia y, en el peor caso, dañan el chopper.
Dos números que a menudo se confunden. El valor óhmico determina cuánta potencia circula a una tensión de bus dada, porque la potencia es la tensión al cuadrado dividida por la resistencia. La potencia nominal en vatios determina cuánto calor puede disipar la resistencia de forma continua. Uno gobierna si el variador dispara; el otro, si la resistencia sobrevive al turno.
El atajo habitual viene de los fabricantes de variadores. La nota de aplicación de elevación de Schneider pide una resistencia de no menos del 50 por ciento de la potencia del motor para movimientos verticales, y del 25 por ciento para los horizontales, con el valor óhmico por encima del mínimo publicado por el variador y lo más cerca posible de él. Danfoss da una fórmula para la resistencia que incluye un rendimiento del motor en torno a 0.90 y del variador en torno a 0.98, y advierte que una resistencia mayor reduce el par de frenado alcanzable hasta que el variador dispara por sobretensión del enlace de CC.
Esa regla del 50 por ciento es una regla de par, no de calor, y la diferencia importa cuando alguien intenta ahorrar dinero. Esto es lo que disipa realmente un polipasto típico.
| Polipasto | Motor | Resistencia según la regla del 50 por ciento | Potencia de pico realmente devuelta | Potencia media a lo largo del turno |
|---|---|---|---|---|
| Cadena de 1 t, 8 m/min | 1.5 kW | 0.75 kW | 1.11 kW | 0.19 kW |
| Cadena de 2 t, 8 m/min | 3 kW | 1.5 kW | 2.2 kW | 0.67 kW |
| Cable de acero de 5 t, 6 m/min | 7.5 kW | 3.75 kW | 4.17 kW | 0.63 kW |
| Cable de acero de 10 t, 8 m/min | 13 kW | 6.5 kW | 11.1 kW | 1.67 kW |
| Doble raíl de 20 t, 5 m/min | 30 kW | 15 kW | 13.9 kW | 5.2 kW |
| Carro de 50 t, 4 m/min | 55 kW | 27.5 kW | 27.8 kW | 12.5 kW |
Las medias son nuestras, calculadas para un servicio de 20 a 120 ciclos de descenso por hora según la clase, la mitad de ellos con carga, y un factor de 0.90 para lo que la etapa de entrada acepta realmente. De la tabla se desprenden dos cosas.
Primero, en todo lo que está por debajo de unas 10 toneladas la resistencia trabaja a un quinto de su potencia nominal o menos. Eso está bien y es la razón de que las resistencias sean baratas. Segundo, en una máquina de 20 o 50 toneladas la potencia de pico devuelta se acerca a la potencia nominal del propio motor, que es exactamente por lo que existe la regla del 50 por ciento y por lo que deja de ser conservadora en la parte alta de la gama. En la unidad de 50 toneladas la resistencia se especifica en 27.5 kW y la máquina devuelve 27.8 kW. No hay margen alguno en esa cifra, y la regla no tiene nada de malo. Supone que se frena al par nominal, no por encima.
Donde la gente se mete en problemas es en la dirección contraria. Dimensionar la resistencia a partir de la media, que parece diligente y cuesta menos, da una resistencia con la masa térmica de una taza de café y un primer turno que termina en un fallo del chopper. Montar una resistencia menor para «frenar más fuerte» es peor. La guía de resolución de problemas de polipastos de Delta es explícita en que una resistencia demasiado baja puede sobrecargar el chopper, y en que una lectura de resistencia en frío no demuestra nada sobre la transferencia de energía en servicio.
Un descenso continuo llevará una resistencia de frenado dinámico por encima de 400 grados Celsius, que son 750 Fahrenheit. Eso no es un fallo. Eso es el producto funcionando. Por eso la misma guía dice que la resistencia debe montarse fuera del tablero eléctrico, en una envolvente de acero inoxidable ventilada y lejos de cualquier cosa que pueda arder.
El caso práctico más útil que hemos encontrado sobre esto es el trabajo de ABB en New Zealand Steel, publicado en junio de 2026. Dos grúas pórtico de nave de colada de 125 toneladas mueven cucharas de acero fundido de 80 toneladas, y la planta procesa unas 670,000 toneladas al año, así que una máquina de colada parada no es una molestia de mantenimiento. La antigua configuración de accionamiento usaba ocho armarios de resistencias de frenado en la cubierta, conectados con cableado pesado, para quemar la energía de cada ciclo de descenso. En una acería polvorienta esas resistencias necesitaban un lavado mensual para evitar que el polvo acumulado provocara sobrecalentamientos locales, y el lavado obligaba a los técnicos a trabajar a 23 metros en un espacio confinado.
Cinco variadores regenerativos sustituyeron toda la instalación. Los ocho armarios y sus cables se retiraron, la subida mensual cesó y la planta informó de una reducción del 40 al 45 por ciento en el consumo eléctrico en la fase inicial de operación.
Dos salvedades sobre esa cifra. Es la cifra de la propia planta a partir de la operación temprana, no una medición controlada, e incluye más que la recuperación de la energía de frenado, porque retirar ocho armarios de resistencias de una sala eléctrica también retira una gran carga de aire acondicionado. Pero la dirección no está en duda, y la parte del mantenimiento es la que convence a un jefe de planta. Una resistencia que hay que desempolvar en altura es una resistencia que tarde o temprano arde.
Aquí está la parte en la que se cae la mayor parte del marketing. Tomamos las mismas siete máquinas, aplicamos un servicio realista a cada una y valoramos la energía recuperada a USD 0.12 por kWh. El sobreprecio regenerativo es nuestra propia banda de planificación para una etapa de entrada en lugar de una resistencia, desde unos USD 700 en el variador de un pequeño polipasto de cadena hasta USD 6,500 en el variador de un carro de 55 kW.
| Polipasto | Servicio | Recuperado por año | Valor por año | Amortización del sobreprecio regenerativo |
|---|---|---|---|---|
| Cadena de 0.5 t, 3 m | A3, 60 ciclos/h, 800 h | 75 kWh | USD 9 | Nunca |
| Cadena de 1 t, 3 m | A3, 60 ciclos/h, 800 h | 150 kWh | USD 18 | 50 años |
| Cadena de 2 t, 4 m | A4, 80 ciclos/h, 1,200 h | 800 kWh | USD 96 | 11 años |
| Cable de acero de 5 t, 6 m | A5, 20 ciclos/h, 2,000 h | 1,251 kWh | USD 150 | 8 años |
| Cable de acero de 10 t, 8 m | A5, 20 ciclos/h, 2,000 h | 3,335 kWh | USD 400 | 4 años |
| Doble raíl de 20 t, 10 m | A6, 25 ciclos/h, 3,000 h | 15,635 kWh | USD 1,876 | 2 años |
| Carro de 50 t, 12 m | A6 a A7, 20 ciclos/h, 4,000 h | 50,031 kWh | USD 6,004 | 1 año |
El punto de cruce está en torno a 5 a 10 toneladas, y depende casi por completo de las horas, no de la capacidad. Una planta que hace trabajar un polipasto de 5 toneladas en tres turnos amortizará una etapa de entrada regenerativa más rápido que una planta que hace trabajar un polipasto de 20 toneladas dos horas al día.
Las mediciones publicadas rodean nuestro modelo sin contradecirlo. ABB informa de una grúa de manejo de residuos con un motor de elevación de 55 kW, una traslación larga de 9 kW y un carro de 4.5 kW que ahorra 15.6 MWh y USD 2,750 al año, lo que sitúan en un 32 por ciento de ahorro energético frente a la tecnología de resistencias que sustituyó. Konecranes cita hasta un 30 por ciento para sus sistemas regenerativos. Un estudio de 2014 sobre motores de elevación en Konecranes sitúa la parte recuperable de la energía de descenso en el 20 al 70 por ciento, que es una banda amplia y honestamente lo es, porque depende de cuánto del ciclo sea un descenso con carga.
Nuestro caso de 50 toneladas recupera 50 MWh al año, más de tres veces la cifra de ABB con un motor similar. No es un desacuerdo. Su grúa maneja residuos en una nave; la nuestra es un carro de nave de colada con 20 descensos cargados por hora durante 4,000 horas. La misma física, cuatro veces el servicio.
Empuja la tensión hacia arriba, y esto no es una preocupación teórica. Un estudio de 2007 sobre grúas pórtico en el puerto de Kaohsiung documentó subidas indeseadas de la tensión en los bornes causadas por el frenado regenerativo de las máquinas de CC, y propuso formas de eliminarlas. Una campaña de medición de 2010 en una grúa pórtico del puerto de Muuga, en Estonia, registró lo mismo desde el lado de la calidad de energía: bajar el polipasto y frenar el carro devuelven potencia activa a la red y, como la carga varía en cada ciclo, el flujo de energía varía con ella. Ambos artículos son antiguos y ambos describen máquinas que siguen en servicio.
En una alimentación de planta con un transformador rígido, un polipasto que devuelve 5 kW durante veinte segundos es un error de redondeo. En un grupo electrógeno no lo es. Cummins aborda el caso directamente en su guía de aplicación para grúas pórtico de neumáticos: la potencia inversa de un polipasto regenerativo normalmente la absorben otras cargas conectadas, pero se dan situaciones en las que supera lo que esas cargas consumen, y entonces la potencia regenerada se empuja a los bornes del alternador. Mantienen una nota de aplicación aparte sobre cargas regenerativas y potencia inversa exactamente por esta razón.
Lo que eso significa en la práctica es que un polipasto sobre un grupo electrógeno necesita una de tres decisiones tomadas antes de la entrega. Desactivar el camino de regeneración, lo que convierte el variador en una máquina con resistencia. Dimensionar el grupo y su protección para que tolere la potencia inversa, lo que normalmente implica un alternador mayor de lo que sugiere el cálculo de cargas. O aceptar que el relé de potencia inversa disparará el grupo, y descubrirlo en obra. La mayoría de las protecciones de generador están ajustadas para disparar con un pequeño porcentaje de potencia inversa, típicamente entre un dígito y la decena baja, así que un polipasto que regenera el 20 por ciento de la potencia del grupo lo disparará.
| Efecto aguas arriba | Dónde se manifiesta | Qué hacer al respecto |
|---|---|---|
| Subida de tensión en el punto de conexión común | Parpadeo de la iluminación, variadores que disparan por sobretensión en otros puntos del bus | Compruebe la tensión en el PCC durante un descenso con carga, no en reposo |
| Potencia inversa hacia un generador | Disparo del relé de potencia inversa, inestabilidad de la velocidad del motor | Decídalo antes de la entrega, como se describe arriba |
| Interacción con la compensación del factor de potencia | Sobretensión y esfuerzo en los condensadores cuando la batería de la planta está conectada | Pregunte si los condensadores están desintonizados y en qué orden |
| Armónicos en el PCC | Límites IEEE 519 de distorsión de tensión y TDD | Una etapa de entrada regenerativa normalmente mejora esto, con 0.99 de factor de potencia y baja distorsión de corriente |
| Sentido de la medición | Ahorros que nunca aparecen en la factura | Medidor bidireccional, clase 0.5S, antes de la puesta en servicio |
La línea de la medición no es una broma. Hemos visto una planta instalar variadores regenerativos, no medir nada y concluir a los seis meses que los variadores no hacían nada. El medidor existente solo contaba importación. Nada estaba roto. El ahorro simplemente era invisible.
No, y este es el punto más mal entendido de todo el tema. Un polipasto de jaula de ardilla simple con dos velocidades y dos contactores ya devuelve energía a la planta. Cuando una carga dominante impulsa el motor por encima de la velocidad de sincronismo, una máquina de inducción se convierte en generador de inducción. En un motor de cuatro polos a 50 Hz la velocidad de sincronismo es 1,500 rpm, así que un descenso que lleve el eje a 1,680 rpm pone la máquina en modo generador y la corriente fluye de vuelta por el contactor.
Lo que no hace es controlar nada. La potencia activa regenerada viene acompañada de una gran demanda reactiva para la magnetización, así que el factor de potencia en esa condición es pobre, y la velocidad de descenso la fija la carga y no el operador. El freno se encarga de detener. No hay bus de CC que pueda disparar, y por eso estos polipastos nunca muestran el fallo de sobretensión que lleva a todo el mundo a los manuales.
Las diferencias reales entre los métodos de control están en la corriente de arranque y el desgaste, no en la recuperación.
| Método de arranque | Corriente de arranque típica | Consecuencia en un polipasto |
|---|---|---|
| Contactor, arranque directo | 600 a 700 por ciento de la corriente a plena carga, con un pico superior a 10 veces en el cierre | Caída de tensión en alimentaciones débiles, choque mecánico, desgaste del freno y del acoplamiento |
| Arrancador suave | 200 a 450 por ciento de la corriente a plena carga | Arranque más suave, pero sin control continuo de velocidad y sin camino de recuperación |
| VFD | Igual o inferior al 100 por ciento de la corriente a plena carga | Sin corriente de irrupción, descenso controlado y un lugar donde poner la energía regenerada |
Así que el argumento comercial honesto no es «regenerativo frente a no regenerativo». Es «regeneración controlada frente a regeneración no controlada». Un comprador que lo entienda hará la pregunta correcta, que es a dónde va la energía en el descenso, y no pagará un sobreprecio por una palabra.
Nunca, y las normas lo dicen dos veces. Una fuente del sector de los polipastos lo plantea sin ambigüedad: el código de seguridad estipula que las grúas requieren tanto un medio eléctrico como uno mecánico de frenado, con el lado mecánico cubierto por el freno de disco y el lado eléctrico por la capacidad de regeneración del motor, que no debe permitir que la velocidad de descenso supere el límite máximo en más del 10 por ciento. Ese 10 por ciento es toda la prueba. Un frenado que no puede mantener la velocidad dentro de ese margen no es un medio de frenado, es un retardador.
La Especificación 70 de CMAA dimensiona el freno del polipasto sobre el par a plena carga del motor en el punto en que se aplica el freno, y distingue el par de detención del par de retención. Una carga dominante como la de un polipasto necesita ambos. Un puente o un carro solo necesita lo suficiente para detenerse, y luego la fricción lo mantiene ahí. Por eso el freno de un polipasto es un componente distinto del freno de traslación incluso cuando el catálogo muestra la misma referencia.
Seguridad intrínseca en este contexto significa aplicado por muelle y liberado por energía. Cuando la bobina pierde alimentación, los muelles cierran el freno, y por eso un fallo de alimentación retiene la carga en lugar de dejarla caer. La norma marítima de OSHA establece el requisito en una frase: un fallo de la energía eléctrica debe detener el movimiento y aplicar los frenos sin ninguna acción por parte del operador. Cuando una carga se transporta sobre personas, se añade un freno de emergencia del lado de salida en el eje de salida del reductor o en la brida del tambor, dimensionado con el par de salida del reductor y un factor de seguridad de 1.5, precisamente porque un freno montado en el motor no puede proteger contra la rotura del eje de entrada.
| Requisito | Fuente | Qué significa para un polipasto regenerativo |
|---|---|---|
| Se requiere frenado eléctrico y mecánico | Práctica del sector de polipastos y códigos de seguridad de grúas | El variador no elimina el freno de disco, cambia la frecuencia con que se usa |
| Velocidad de descenso no superior en más del 10 por ciento al máximo | Misma fuente, citando la cláusula de frenado mecánico | La prueba de aceptación que un variador regenerativo tiene que superar, con carga y a plena velocidad |
| Freno dimensionado sobre el par a plena carga del motor en el freno | Especificación 70 de CMAA | El par de retención y el par de detención son cifras distintas, y ambos son necesarios |
| El freno retiene el 125 por ciento de la carga nominal, velocidad de descenso dentro del 120 por ciento | Requisitos de polipastos ASME B30.16 | Pida el informe de ensayo, no la hoja de cálculo |
| Un fallo de alimentación detiene el movimiento y aplica los frenos sin acción del operador | OSHA 1919.22, marítimo y estiba | La razón por la que el freno se aplica por muelle y por la que el variador no debe poder anularlo |
Hay una interacción más que merece mencionarse, porque es sutil y es donde muerde la advertencia de Danfoss. Un variador regenerativo mantiene el freno abierto mientras controla la carga eléctricamente, lo que reduce drásticamente el desgaste del freno y es un beneficio real. Pero si se permite que el variador atraviese una sobretensión acelerando, entonces el freno mecánico es lo único que queda que conozca el límite de velocidad. En una cinta transportadora nadie lo nota. En un polipasto, la regla del 10 por ciento existe para detener exactamente este diseño.
La norma ISO 4301-1:2016 clasifica el servicio de las grúas por tres cosas: el número total de ciclos de trabajo a lo largo de la vida de diseño, el espectro de cargas y el desplazamiento medio. Para los mecanismos de elevación, la norma permite clasificar el accionamiento por separado de la estructura, lo que aquí importa porque la energía regenerada escala con los ciclos, las horas y el recorrido del gancho, no solo con el tonelaje.
Los motores de elevación son casi siempre máquinas de servicio intermitente. La investigación de Konecranes sobre motores de elevación describe el caso estándar como S3 con un ciclo de servicio del 40 o 60 por ciento, es decir, cuatro o seis minutos a potencia nominal de cada diez. Por eso un polipasto de 5 toneladas puede llevar un motor de 7.5 kW y seguir elevando 5 toneladas: la potencia nominal supone que no lo hará de forma continua.
| Clase | Ciclos por hora | Horas por año | Qué le hace a un polipasto de 10 t |
|---|---|---|---|
| A3, ligera | Hasta 60 | 800 a 1,600 | Alrededor de 1,300 kWh al año. Solo resistencia, sin discusión |
| A4, media | 60 a 120 | 1,600 a 3,000 | Alrededor de 2,500 kWh. Marginal, depende de la tarifa |
| A5, pesada | 120 a 240 | 3,000 a 5,000 | Alrededor de 3,300 kWh. La regeneración es defendible |
| A6, muy pesada | 240 a 400 | 5,000 a 8,000 | Más de 8,000 kWh. Compre la etapa de entrada y compre también el medidor |
| A7 y A8, severa a continua | Más de 400 | Más de 8,000 | La regeneración es la opción barata, y la resistencia pasa a ser el elemento de mantenimiento |
Esta es la cifra de la que hay que discutir, no el tonelaje. El mismo polipasto de 10 toneladas recupera cuatro veces más energía en A6 que en A4 sin ningún cambio en el hardware. Por eso una especificación que dice «10 toneladas, regenerativo» no le dice nada, y una que dice «10 toneladas, A6, 300 ciclos por hora, 6,000 horas al año, 8 m de recorrido del gancho» le dice todo.
La siguiente distribución procede de nuestros propios registros de servicio en instalaciones de polipastos, no de una encuesta publicada. Lo etiquetamos así porque estas cifras son nuestras y el lector debe tratarlas como tales.
| Síntoma | Proporción | Causa real |
|---|---|---|
| Disparo por sobretensión al bajar | 31 por ciento | Resistencia no conectada, chopper desactivado en los parámetros o resistencia ajustada demasiado alta |
| Circuito abierto en la resistencia o disparo térmico | 19 por ciento | Bornes quemados en el extremo de la resistencia, o una envolvente obstruida por polvo en una planta sucia |
| La carga se desliza o da tirones al soltar el freno | 17 por ciento | Freno liberado antes de que el variador estableciera par, o lo contrario |
| Fallo del transistor del chopper | 11 por ciento | Una resistencia por debajo del mínimo del variador, montada porque frenaba más en el banco |
| Ahorro nunca visible | 9 por ciento | Medidor solo de importación, o ningún medidor |
| Sobrecalentamiento del tablero | 8 por ciento | Resistencia montada dentro del armario para acortar el tendido de cable |
| Aumento de velocidad inexplicado en el descenso | 5 por ciento | Control de sobretensión dejado habilitado en un variador de polipasto |
Los dos primeros puntos son configuración e instalación, no calidad de componentes, y ambos son baratos de prevenir. El último es la única entrada realmente peligrosa, y comprobarla lleva treinta segundos: busque el control de sobretensión en los parámetros del variador y confirme que está desactivado.
Sí, con una fórmula y una calculadora, y merece la pena hacerlo antes de comparar dos cotizaciones. La potencia de entrada necesaria es masa por gravedad por velocidad de elevación, dividida por el rendimiento del reductor, del motor y del reenvío. Usamos 0.85. La velocidad de elevación es el dato que falta en la mayoría de las cotizaciones, y por eso la comprobación casi nunca se hace.
| Capacidad | Velocidad de elevación | Potencia mecánica en el gancho | Potencia de entrada necesaria con 0.85 | Placa de características que esperaríamos |
|---|---|---|---|---|
| 1 t | 8 m/min | 1.31 kW | 1.54 kW | 1.5 kW |
| 2 t | 8 m/min | 2.62 kW | 3.08 kW | 3 kW |
| 3 t | 8 m/min | 3.92 kW | 4.62 kW | 4.5 kW |
| 5 t | 8 m/min | 6.54 kW | 7.69 kW | 7.5 kW |
| 10 t | 7 m/min | 11.45 kW | 13.46 kW | 13 kW |
| 5 t, anunciado a 6 m/min | 6 m/min | 4.91 kW | 5.78 kW | Hemos visto cotizar 4.0 kW |
Las cinco primeras filas reproducen casi exactamente potencias de catálogo publicadas, que es justamente la cuestión. Una vez conocida la velocidad, el tamaño del motor no es cuestión de opinión. La última fila es una tabla real con la que nos encontramos, en la que un polipasto de 5 toneladas a 6 m/min figuraba con 4 kW, y la física necesita 5.8 kW. O la velocidad es en realidad de unos 4 m/min con carga nominal, o los 4 kW son una cifra de corta duración que debería haberse indicado con su ciclo de servicio. Ambas cosas se responden en un correo. Ninguna se responde desde la cotización sola, y por eso la pregunta de la RFQ de abajo pide el ciclo de servicio y la velocidad en campos separados.
Diez líneas. Cualquier proveedor de polipastos puede responderlas, y las respuestas separan a los que fabrican polipastos de los que los ensamblan.
Uno. Capacidad nominal, velocidad de elevación con carga nominal y recorrido del gancho. Sin la velocidad no se puede comprobar la potencia del motor, porque la potencia es masa por gravedad por velocidad.
Dos. Potencia de salida del motor, clase de servicio y porcentaje de ciclo de servicio S3, indicados por separado de cualquier cifra de sobrecarga de corta duración.
Tres. Método de control: contactores de dos velocidades, arrancador suave o VFD, con la familia de variador y el tamaño de bastidor indicados.
Cuatro. Para un VFD, si el chopper de frenado está incorporado y la resistencia mínima admisible según el manual del variador.
Cinco. Potencia nominal de la resistencia en ohmios y vatios, ubicación de montaje, grado de protección de la envolvente y disposición de la protección térmica.
Seis. Si se ofrece una etapa de entrada regenerativa, su sobreprecio y si el variador puede actualizarse después sin sustituir el tablero.
Siete. Tipo de freno, aplicado por muelle o de otro tipo, par en el eje del freno y si se dispone de un freno de emergencia del lado de salida.
Ocho. Evidencia de ensayo: retención estática al 125 por ciento, velocidad de descenso dentro del 120 por ciento y límite de velocidad de descenso con el variador solo en frenado eléctrico.
Nueve. Ciclos anuales previstos, horas, recorrido medio del gancho y la tarifa que usted paga, para que el proveedor pueda mostrar el cálculo energético en lugar de un porcentaje.
Diez. Si la energía regenerada se va a medir y con qué. Un medidor bidireccional es la única forma de saber si algo de esto funcionó.
Fabricamos polipastos de 0.125 a 100 toneladas y hemos cotizado ambas respuestas, resistencia y etapa de entrada, para la misma máquina más de una vez. La cifra que lo decide no es el tonelaje. Son las horas por los ciclos por el recorrido del gancho, y si un proveedor cotiza la recuperación en porcentaje sin esos tres datos, el porcentaje salió de un folleto.
Si está dimensionando un polipasto para un servicio que aún no ha definido por completo, hable con nosotros antes de pedir el variador. Denos el ciclo y le daremos ambas cifras. Nuestra gama de polipastos y accesorios cubre unidades de cadena y de cable de acero de 0.125 a 100 toneladas, y el paquete eléctrico se cotiza por separado para que pueda ver cuánto cuesta la resistencia y cuánto cuesta la etapa de entrada.
Solo si el variador tiene un chopper de frenado incorporado y bornes para él, cosa que la mayoría de los variadores aptos para polipastos sí tienen y muchos de propósito general no. Compruebe dos cosas en el manual: si lleva transistor de frenado y cuál es la resistencia mínima admisible. Si el variador no tiene chopper, añada una unidad de frenado independiente en lugar de una resistencia desnuda, y esa unidad necesita su propia alimentación y su propia salida de fallo cableada de vuelta a los controles de la grúa. Adaptar la instalación sin cambiar los parámetros del variador es la forma más común de gastar dinero y seguir disparando en el primer descenso.
Porque elevar consume potencia y bajar la devuelve. El disparo es el variador protegiendo su bus de CC de una energía que no puede evacuar, así que el fallo está en el camino de la energía: una resistencia desconectada, un chopper desactivado en el juego de parámetros, una resistencia demasiado alta para dejar pasar corriente suficiente, o un enclavamiento térmico que se ha abierto. Un variador que dispara en reposo o al energizarse es un problema completamente distinto y apunta a la alimentación. Anote la dirección, la velocidad, la carga y el estado del freno en el momento del disparo antes de que alguien rearme el fallo.
Puede funcionar, pero el generador tiene que formar parte de la decisión. La potencia inversa de una carga que desciende normalmente la absorben otras cargas de la misma alimentación y, cuando no es así, se empuja a los bornes del alternador. La protección del generador suele estar ajustada para disparar con un pequeño porcentaje de potencia inversa, de modo que un polipasto que devuelve el 20 por ciento de la potencia del grupo lo apagará. Las tres opciones son desactivar la regeneración, dimensionar el grupo y su protección para la potencia inversa, o aceptar el disparo. Decídalo antes de la entrega, no durante la puesta en servicio.
Instale un medidor bidireccional con precisión clase 0.5S en la alimentación del polipasto antes de la puesta en servicio y léalo tras una semana normal. Los medidores solo de importación no pueden mostrar exportación, así que una planta puede tener variadores regenerativos funcionando un año sin ver ningún cambio en la factura. El medidor también zanja las discusiones sobre si el servicio que describió al proveedor coincide con el servicio que la grúa realiza realmente, que es normalmente donde está la discrepancia. Pídanos también el punto de medición en cualquier cotización que nos solicite: contacte con el equipo de ingeniería y lo marcaremos en el diagrama unifilar.
No, y la aritmética no está ni cerca. Un polipasto de cadena de una tonelada que baja 3 m en un servicio ligero típico devuelve unos 150 kWh al año, que son USD 18 a USD 0.12 por kWh. Una etapa de entrada regenerativa cuesta varios cientos de dólares más que una resistencia, así que la amortización se va a décadas, más de lo que durará el polipasto. Compre la resistencia, manténgala fuera del tablero y gaste la diferencia en un freno que se suelte limpiamente.
La resistencia convierte la energía en calor y la unidad regenerativa la convierte de nuevo en corriente de alimentación. La resistencia es más barata, más simple, no interactúa con la red y funciona con cualquier alimentación, incluido un generador. La unidad regenerativa ahorra la energía, saca el calor del edificio, mejora el factor de potencia y los armónicos, e introduce un conjunto de preguntas sobre potencia inversa, medición y protección que la resistencia nunca plantea. En máquinas por debajo de unas 5 toneladas la resistencia gana en dinero. Por encima de 20 toneladas con servicio real, la unidad regenerativa suele ganar en dinero y en todo lo demás.
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