Geradores de bordo - atendendo à demanda de energia

Os geradores integrados fornecem eletricidade para as ferramentas e equipamentos utilizados pelos operadores que trabalham em altura, sem a necessidade de um gerador portátil separado ou cabos que desçam do nível do solo.

A Harrison Hydra-Gen é uma das várias fornecedoras especializadas que atendem fabricantes de PEMTs (Plataformas Elevatórias Móveis de Trabalho), com uma história em aplicações de combate a incêndio e resgate, petróleo e gás e outros equipamentos móveis que remonta a 1969.

“Nós fornecemos energia móvel para o local da obra. Essa é a questão fundamental”, afirma Jeff Brock, vice-presidente de desenvolvimento de negócios da Harrison Hydra-Gen.

O envolvimento da empresa no setor de acesso começou há cerca de 15 anos, quando a Genie se tornou seu primeiro cliente de plataformas elevatórias, instalando um gerador de 12 kW em uma plataforma elevatória articulada S-60. Posteriormente, a Harrison Hydra-Gen expandiu seus relacionamentos com fabricantes como Skyjack e MEC, entre outros.

Um gerador hidráulico de 7,5 kW da Harrison Hydra-Gen.

Outros fornecedores, como a Dynaset e a Fabco Power, também fornecem geradores, enquanto os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) também têm suas próprias soluções; no entanto, o diferencial da Harrison Hydra-Gen é que ela se concentra exclusivamente em equipamentos para plataformas aéreas.

Duas abordagens estabelecidas

Tradicionalmente, os geradores de bordo eram acionados hidraulicamente ou por correia, embora sistemas acionados eletricamente e inversores também façam parte da oferta de equipamentos atual.

Os sistemas hidráulicos utilizam a energia do circuito hidráulico da máquina para acionar o gerador, enquanto as versões acionadas por correia obtêm a energia mecânica do motor através de um sistema de correias. Nenhum dos dois requer um motor separado dedicado à geração de eletricidade.

A Harrison Hydra-Gen oferece ambas as opções, sendo a escolha determinada em parte pelo espaço disponível e pela potência do motor. Para os fabricantes, a decisão também envolve flexibilidade de instalação, eficiência e a interação entre a geração de energia e a operação da lança.

Gary Crook, vice-presidente de engenharia da MEC Aerial Work Platforms, explica: “Um gerador acionado por correia tem uma vantagem em termos de eficiência porque a energia é transferida mecanicamente do motor. Mas essas unidades tendem a ser grandes e pesadas, e são montadas diretamente no motor, onde o calor e a vibração criam desafios.”

Os sistemas hidráulicos oferecem diversas vantagens. "Os geradores hidráulicos nos dão mais flexibilidade. Podemos montá-los remotamente, longe do calor e da vibração do motor, em um local que funcione melhor com o projeto geral da máquina", diz Crook.

“Isso pode ter um efeito mínimo na eficiência, porque estamos convertendo energia mecânica em energia hidráulica e depois de volta em energia mecânica para acionar o gerador. Mas o gerador só precisa girar quando há necessidade de energia elétrica.”

Philip DeCorte, vice-presidente de engenharia da Harrison Hydra-Gen, explica que o nível de integração também pode variar entre os fabricantes.

“Alguns clientes podem querer apenas um gerador com motor e nos fornecerão o sistema hidráulico. Outros preferem um sistema completo, no qual fornecemos o coletor e todos os demais componentes necessários para acionar o gerador.”

A instalação elétrica também pode ser personalizada, incluindo o fornecimento e a localização das caixas de distribuição elétrica.

“Queremos fabricar o gerador certo para a aplicação certa”, diz DeCorte.

Requisitos de energia

As potências de saída mais comuns mencionadas pelos fabricantes para geradores são aproximadamente 3,5 kW, 7,5 kW e 12 kW, com unidades menores destinadas a ferramentas elétricas em geral e sistemas maiores voltados principalmente para aplicações de soldagem.

Geradores menores são usados para ferramentas, iluminação e carregamento de equipamentos, enquanto as versões de 7,5 kW e 12 kW são selecionadas de acordo com as necessidades dos equipamentos de soldagem. O corte a plasma é outra aplicação para sistemas maiores.

Um gerador a bordo de uma plataforma elevatória articulada da MEC. (Imagem: MEC).

Segundo DeConte, as mudanças na tecnologia de soldagem são um dos motivos para o aumento da potência dos geradores. Equipamentos de soldagem mais modernos, de marcas como Miller ou Lincoln, podem fornecer amperagens mais altas, e os clientes estão cada vez mais solicitando equipamentos maiores.

A MEC vivenciou uma mudança semelhante nas especificações dos clientes.

“Durante muito tempo, 7,5 kW representou o limite superior do que os clientes solicitavam. Embora esse ainda seja o tamanho de gerador mais especificado atualmente, há cerca de três anos começamos a observar uma demanda por geradores de 12 kW em nossas plataformas elevatórias maiores”, afirma Crook.

“Essa evolução está amplamente ligada à demanda do mercado por montagem de estruturas de aço, como a construção de data centers, por exemplo. Guindastes maiores estão sendo utilizados em estruturas de aço maiores, onde juntas de aço mais espessas exigem varetas de solda maiores e cordões de solda mais robustos. Essas aplicações necessitam de mais potência em altura.”

A MEC oferece opções de 3,5 kW, 7,5 kW e 12 kW, sendo a maior procura pelos geradores de 12 kW no modelo 135-RJ, seguida pela do 85-J. A opção também está disponível no modelo 66-RJ.

Na extremidade inferior, Crook identifica esmerilhadeiras, discos de corte e furadeiras de impacto rotativas como aplicações típicas.

“A vantagem comum aos três tamanhos é a mobilidade. Os operadores podem se movimentar pelo canteiro de obras e trabalhar em altura sem estarem presos a uma fonte de energia no nível do solo.”

integração OEM

A Genie oferece soluções de geradores através do seu sistema Lift Power, com diferentes configurações dependendo da máquina e do mercado geográfico.

Nick Tupper, gerente de produto da Genie para sistemas de expansão, explica que as opções atuais de geradores hidráulicos são de 3 kW para os mercados globais, 7 kW para a Austrália e 12 kW para a América do Norte.

Esses sistemas possuem sua própria bomba hidráulica dedicada, enquanto as plataformas elevatórias híbridas S-85 XC FE e elétricas S-85 XC E da Genie utilizam geradores acionados por motores elétricos dedicados. Estas últimas máquinas também podem fornecer 3 kW de energia CA por meio de um inversor CC-CA.

O primeiro sistema gerador da Genie era um arranjo de 3 kW acionado por correia, alimentado pela polia do virabrequim do motor.

O sistema Lift Power é oferecido como opcional de fábrica em plataformas elevatórias articuladas e telescópicas selecionadas, incluindo os modelos Z-45 XC, Z-62, Z-80/60 e ZX-135/70, além de uma gama de modelos telescópicos S e SX.

“À medida que os canteiros de obras se tornam maiores, mais complexos e mais verticais, os operadores passam cada vez mais tempo trabalhando em altura”, afirma Tupper.

“A possibilidade de acessar energia na plataforma economiza tempo, pois os operadores não precisam ficar voltando constantemente ao nível do solo para encontrar uma fonte de energia para as ferramentas.”

O sistema hidráulico da Genie também possui uma bomba dedicada, o que evita atrasos na ativação do gerador quando a lança precisa se mover.

A MEC abordou a mesma questão através de um modelo operacional diferente.

“Em alguns sistemas acionados hidraulicamente, os operadores precisam esperar que o gerador pare de funcionar antes de mover a lança e, em seguida, esperar que ele volte a funcionar antes de retomar o trabalho”, diz Crook.

“Isso pode significar um atraso de aproximadamente cinco segundos em cada direção, ou 10 segundos de espera cada vez que o operador faz um pequeno ajuste de posicionamento, o que pode ser perturbador.”

A solução da MEC permite movimentos simultâneos da lança em velocidade reduzida enquanto o gerador está em funcionamento.

“Para um montador de estruturas metálicas que se desloca de uma junta de solda para outra, isso elimina as repetidas esperas associadas ao desligamento e reinício do gerador. Essas pequenas interrupções realmente se acumulam ao longo de um dia de trabalho.”

Mercados diferentes, especificações diferentes.

A Skyjack oferece sistemas de geradores acionados por correia e hidráulicos, com potências que variam de 3,5 kW a 12 kW, para suas plataformas elevatórias de grande porte movidas a motor, como tesouras para terrenos acidentados, guindastes telescópicos e guindastes articulados.

Na América do Norte, alguns modelos de plataformas elevatórias tipo tesoura e articuladas da Skyjack podem ser equipados com o pacote Welder Ready Package, que fornece energia trifásica à plataforma.

Segundo a Skyjack, aproximadamente metade de seus guindastes na América do Norte está equipada com a opção de gerador de maior capacidade e o pacote Welder Ready, que é particularmente popular entre os montadores de estruturas metálicas.

Kit de soldagem da Skyjack. (Imagem: Skyjack).

Os geradores continuam sendo opcionais de fábrica para suas plataformas elevatórias tipo tesoura e articuladas movidas a motor.

Brock identifica a América do Norte como o principal mercado para geradores de alta potência, estimando que a instalação de geradores em plataformas elevatórias aumentou de cerca de 50% para aproximadamente 80% nos últimos 15 anos.

“Parece que está se tornando um padrão. As empresas de aluguel parecem querer apenas as plataformas elevatórias com geradores”, diz ele.

Ele associa essa demanda a aplicações de soldagem na construção civil, incluindo centros de dados, pontes e projetos de infraestrutura.

Fora da América do Norte, Brock observa uma demanda crescente por geradores menores usados para alimentar ferramentas e carregar equipamentos. A Harrison Hydra-Gen fornece sistemas de 50 Hz e 60 Hz para diferentes mercados, e Brock também destaca o crescimento na Ásia.

A MEC relata uma adesão particularmente alta aos geradores em suas máquinas de maior porte.

“Em nossas plataformas elevatórias maiores, estimamos que aproximadamente 90% sejam encomendadas com um gerador, em comparação com menos de 50% em plataformas menores”, diz Crook.

Os geradores da MEC são opcionais e podem ser adaptados posteriormente, embora Crook recomende a instalação de fábrica.

“Quando aproximadamente nove em cada dez clientes que optam por uma de nossas plataformas elevatórias maiores também especificam um gerador, isso nos mostra o quão essencial a energia a bordo se tornou para o trabalho que essas máquinas realizam.”

Para a Genie, a demanda norte-americana também reflete as necessidades relacionadas a cabos e equipamentos externos.

“Em toda a América do Norte, os canteiros de obras estão implementando cada vez mais requisitos de prevenção de queda de objetos e de plataformas, o que aumenta a demanda por soluções de energia integradas, como o Lift Power, que eliminam a necessidade de cabos de energia externos”, diz Tupper.

Requisitos de aluguel

De acordo com a MEC, para empresas de locação, a potência do gerador e seu efeito na operação da máquina são geralmente mais importantes do que o sistema de acionamento.

“Geralmente, as empresas de locação nos procuram com uma exigência específica de potência do gerador. Elas pedem uma determinada potência em kW, mas normalmente não se preocupam se o gerador é acionado hidraulicamente ou mecanicamente”, diz Crook.

“O que importa é que a máquina forneça a energia que seus clientes precisam e permita que eles trabalhem com eficiência.”

Genie também enfatiza a disponibilidade imediata de energia.

“Embora nem todos os locais de trabalho exijam PEMTs (Plataformas Elevatórias Móveis de Trabalho) com geradores na plataforma, quando necessário, as empresas de locação e os operadores esperam que os geradores produzam energia com o simples acionamento de um interruptor”, afirma Tupper.

A alternativa elétrica

A eletrificação também está influenciando a forma como os fabricantes fornecem energia em grandes alturas, com motores elétricos dedicados e inversores oferecendo alternativas aos sistemas convencionais movidos a motores a combustão.

DeCorte explica que a Harrison Hydra-Gen pode acionar geradores usando motores elétricos alimentados por baterias de máquinas. A empresa também fornece sistemas para equipamentos híbridos, incluindo geradores usados para recarregar baterias.

Para a MEC, o desafio é fornecer energia CA suficiente e eficiente a partir do sistema elétrico CC de uma máquina elétrica.

“Em uma máquina elétrica, o objetivo é converter a energia elétrica CC da bateria em energia CA utilizável com o mínimo de perdas de conversão possível”, diz Crook.

“A tecnologia de inversores de estado sólido oferece um caminho promissor, mas existem desafios a serem superados, especialmente nos níveis de potência mais elevados exigidos para a soldagem.”

Ele identifica a geração de calor, os ciclos de trabalho da soldadora e o custo como considerações específicas.

Em níveis de potência mais baixos, a MEC também observa demanda em algumas regiões por inversores compactos que fornecem aproximadamente 1 kW de energia CA monofásica para PEMTs (Plataformas Elevatórias Móveis de Trabalho) alimentadas por bateria em ambientes internos, principalmente para carregar baterias de ferramentas sem fio.

A Skyjack oferece funcionalidade de alimentação elétrica para a plataforma em suas tesouras e braços articulados movidos a bateria, permitindo que uma fonte de alimentação externa seja conectada à base da máquina.

Olhando para o futuro, Crook prevê que a energia a bordo se tornará cada vez mais importante em diferentes configurações de PEMT (Plataformas Elevatórias Móveis de Trabalho).

“Cada vez que um operador precisa parar de trabalhar, mover a máquina desnecessariamente ou retornar ao nível do solo para acessar a energia, há um custo de produtividade”, afirma ele.

“O objetivo geral da MEC é reduzir essas interrupções nas PEMTs que oferecemos, beneficiando tanto os operadores que utilizam as máquinas quanto as empresas de locação que as fornecem.”