Generatori di bordo: per soddisfare la domanda di energia

I generatori di bordo forniscono elettricità per gli utensili e le attrezzature utilizzate dagli operatori che lavorano in quota, senza la necessità di un generatore portatile separato o di cavi che partono da terra.

Harrison Hydra-Gen è uno dei numerosi fornitori specializzati che servono i produttori di piattaforme di lavoro mobili elevabili (PLE), con una storia che risale al 1969 nei settori antincendio e soccorso, petrolifero e del gas e in altre applicazioni per attrezzature mobili.

"Forniamo energia mobile direttamente sul luogo di lavoro. Questo è il punto fondamentale", afferma Jeff Brock, vicepresidente dello sviluppo commerciale di Harrison Hydra-Gen.

Il coinvolgimento dell'azienda nel settore delle piattaforme aeree è iniziato circa 15 anni fa, quando Genie è diventata il suo primo cliente nel settore, installando un generatore da 12 kW su una piattaforma a braccio S-60. Successivamente, Harrison Hydra-Gen ha ampliato le sue collaborazioni con produttori come Skyjack e MEC, tra gli altri.

Un generatore idraulico da 7,5 kW della Harrison Hydra-Gen.

Altri fornitori come Dynaset e Fabco Power forniscono anch'essi generatori, mentre i produttori di apparecchiature originali (OEM) offrono le proprie soluzioni; tuttavia, la differenza con Harrison Hydra-Gen è che si concentra esclusivamente su apparecchiature per piattaforme aeree.

Due approcci consolidati

Tradizionalmente, i generatori di bordo erano azionati idraulicamente o a cinghia, sebbene oggi siano disponibili anche sistemi elettrici e inverter.

I sistemi idraulici utilizzano l'energia del circuito idraulico della macchina per azionare il generatore, mentre le versioni a cinghia prelevano la potenza meccanica dal motore tramite un sistema di cinghie. Nessuno dei due sistemi richiede un motore separato dedicato alla generazione di elettricità.

Harrison Hydra-Gen offre entrambe le configurazioni, la cui scelta è determinata in parte dallo spazio disponibile e dalla potenza del motore. Per i produttori, la decisione implica anche flessibilità di installazione, efficienza e interazione tra la generazione di energia e il funzionamento del braccio.

Gary Crook, vicepresidente dell'ingegneria presso MEC Aerial Work Platforms, spiega: "Un generatore azionato a cinghia offre un vantaggio in termini di efficienza perché la potenza viene trasferita meccanicamente dal motore. Tuttavia, queste unità tendono ad essere grandi e pesanti e sono montate direttamente sul motore, dove il calore e le vibrazioni creano delle problematiche."

I sistemi idraulici offrono diversi vantaggi. "I generatori idraulici ci offrono maggiore flessibilità. Possiamo montarli a distanza, lontano dal calore e dalle vibrazioni del motore, in una posizione che si integra meglio con il design complessivo della macchina", afferma Crook.

"Questo può avere un piccolo impatto sull'efficienza, perché convertiamo l'energia meccanica in energia idraulica e poi di nuovo in energia meccanica per azionare il generatore. Ma il generatore deve girare solo quando è necessaria energia elettrica."

Philip DeCorte, vicepresidente dell'ingegneria presso Harrison Hydra-Gen, spiega che il livello di integrazione può variare anche tra i diversi produttori.

"Alcuni clienti potrebbero desiderare solo un generatore con motore e fornirci l'impianto idraulico. Altri, invece, preferiscono un sistema completo in cui forniamo il collettore e tutto il necessario per azionare il generatore."

L'impianto elettrico può essere personalizzato, compresa la predisposizione e la posizione delle scatole di derivazione.

"Vogliamo realizzare il generatore giusto per ogni specifica applicazione", afferma DeCorte.

Requisiti di alimentazione

Le potenze dei generatori più comunemente indicate dai produttori sono di circa 3,5 kW, 7,5 kW e 12 kW, con le unità più piccole destinate agli utensili elettrici generici e i sistemi più grandi utilizzati principalmente per applicazioni di saldatura.

I generatori di dimensioni più ridotte vengono utilizzati per alimentare utensili, illuminazione e apparecchiature di ricarica, mentre le versioni da 7,5 kW e 12 kW vengono selezionate in base alle esigenze delle apparecchiature di saldatura. Il taglio al plasma è un'altra applicazione per i sistemi di dimensioni maggiori.

Un generatore a bordo di una piattaforma aerea MEC. (Immagine: MEC).

Secondo DeConte, i progressi nella tecnologia di saldatura sono tra le ragioni dell'aumento della potenza erogata dai generatori. Le nuove apparecchiature di saldatura di marchi come Miller o Lincoln sono in grado di fornire amperaggi più elevati, e i clienti richiedono sempre più spesso attrezzature di maggiore potenza.

Anche MEC ha riscontrato un cambiamento simile nelle specifiche dei clienti.

"Per molto tempo, 7,5 kW hanno rappresentato il limite superiore delle richieste dei clienti. Sebbene rimanga ancora oggi la potenza più richiesta per i nostri generatori, circa tre anni fa abbiamo iniziato a notare una domanda di generatori da 12 kW per i nostri bracci più grandi", afferma Crook.

"Questa evoluzione è in gran parte legata alla domanda di mercato per il montaggio di strutture in acciaio, come ad esempio la costruzione di data center. Bracci più grandi vengono utilizzati su strutture in acciaio più imponenti, dove giunti in acciaio più spessi richiedono elettrodi di saldatura più grandi e cordoni di saldatura più pesanti. Queste applicazioni necessitano di maggiore potenza in quota."

MEC offre opzioni da 3,5 kW, 7,5 kW e 12 kW, con la maggiore richiesta per i generatori da 12 kW sul modello 135-RJ, seguito dal modello 85-J. L'opzione è disponibile anche sul modello 66-RJ.

Tra le applicazioni più piccole, Crook identifica smerigliatrici, dischi da taglio e trapani a percussione come esempi tipici.

"Il vantaggio comune a tutte e tre le dimensioni è la mobilità. Gli operatori possono spostarsi all'interno del cantiere e lavorare in quota senza essere vincolati a una presa di corrente a livello del suolo."

Integrazione OEM

Genie offre soluzioni di generazione di energia attraverso il suo sistema Lift Power, con diverse configurazioni a seconda della macchina e del mercato geografico.

Nick Tupper, responsabile di prodotto per i bracci idraulici di Genie, spiega che le attuali opzioni di generatori idraulici disponibili sono da 3 kW per i mercati globali, da 7 kW per l'Australia e da 12 kW per il Nord America.

Questi sistemi dispongono di una propria pompa idraulica dedicata, mentre i bracci ibridi S-85 XC FE e i bracci elettrici S-85 XC E di Genie utilizzano generatori azionati da motori elettrici dedicati. Queste ultime macchine possono anche fornire 3 kW di potenza CA tramite un inverter CC-CA.

Il primo sistema di generazione di energia di Genie era un dispositivo da 3 kW azionato da una cinghia e collegato alla puleggia dell'albero motore.

La funzione Lift Power è offerta come optional di fabbrica su alcuni bracci articolati e telescopici, tra cui i modelli Z-45 XC, Z-62, Z-80/60 e ZX-135/70, oltre a una gamma di modelli telescopici S e SX.

"Con l'aumentare delle dimensioni, della complessità e dello sviluppo verticale dei cantieri, gli operatori trascorrono sempre più tempo lavorando in quota", afferma Tupper.

"La possibilità di accedere all'energia elettrica sulla piattaforma consente di risparmiare tempo, poiché gli operatori non devono tornare continuamente a livello del suolo per cercare una fonte di alimentazione per gli utensili."

Il sistema idraulico di Genie dispone anche di una pompa dedicata, che evita i ritardi di avviamento del generatore quando il braccio deve muoversi.

MEC ha affrontato lo stesso problema attraverso un diverso accordo operativo.

"In alcuni sistemi a comando idraulico, gli operatori devono attendere che il generatore si arresti prima di muovere il braccio, e poi aspettare che riprenda a girare prima di riprendere il lavoro", spiega Crook.

"Ciò può significare un ritardo di circa cinque secondi in ciascuna direzione, oppure 10 secondi di attesa ogni volta che l'operatore effettua una piccola regolazione di posizionamento, il che può risultare problematico."

La soluzione di MEC consente movimenti simultanei del braccio a velocità ridotta mentre il generatore è in funzione.

"Per un montatore di strutture in acciaio che si sposta da una giunzione di saldatura all'altra, questo elimina le ripetute attese associate allo spegnimento e al riavvio del generatore. Queste piccole interruzioni si sommano notevolmente nel corso di una giornata lavorativa."

Mercati diversi, specifiche diverse

Skyjack offre sistemi di generazione di energia idraulica e a cinghia con potenze da 3,5 kW a 12 kW per le sue piattaforme aeree fuoristrada a forbice, a braccio telescopico e a braccio articolato di maggiori dimensioni, alimentate da motore.

In Nord America, alcune piattaforme aeree a forbice e a braccio Skyjack possono essere equipaggiate con il pacchetto Welder Ready, che fornisce alimentazione trifase alla piattaforma.

Secondo Skyjack, circa un braccio su due in Nord America è dotato del generatore più potente e del pacchetto predisposto per la saldatura, particolarmente apprezzato dai montatori di strutture in acciaio.

Kit di saldatura Skyjack. (Immagine: Skyjack).

I generatori rimangono optional ordinabili direttamente in fabbrica per le piattaforme aeree a forbice e a braccio motorizzate.

Brock identifica il Nord America come il principale mercato per i generatori ad alta potenza, stimando che la percentuale di generatori installati sui bracci delle piattaforme aeree sia aumentata da circa il 50% a circa l'80% negli ultimi 15 anni.

"Sembra che la cosa si stia standardizzando. Le società di noleggio sembrano volere solo le piattaforme aeree dotate di generatori", afferma.

Egli associa questa domanda alle applicazioni di saldatura nel settore edile, tra cui centri dati, ponti e progetti infrastrutturali.

Al di fuori del Nord America, Brock osserva una maggiore domanda di generatori di piccole dimensioni utilizzati per alimentare utensili e caricare apparecchiature. Harrison Hydra-Gen fornisce sistemi a 50 Hz e 60 Hz per diversi mercati, e Brock sottolinea anche la crescita in Asia.

MEC segnala un tasso di adozione particolarmente elevato dei generatori per le sue macchine di maggiori dimensioni.

"Per le nostre piattaforme aeree più grandi, stimiamo che circa il 90% venga ordinato con un generatore, rispetto a meno del 50% per le piattaforme più piccole", afferma Crook.

I generatori di MEC sono opzionali e possono essere installati anche in un secondo momento, sebbene Crook raccomandi l'installazione in fabbrica.

"Il fatto che circa nove clienti su dieci che scelgono uno dei nostri bracci più grandi richiedano anche un generatore ci dimostra quanto sia diventata fondamentale l'alimentazione elettrica di bordo per il lavoro svolto da queste macchine."

Per Genie, la domanda nordamericana riflette anche le esigenze relative a cavi e apparecchiature esterne.

"In tutto il Nord America, i cantieri stanno implementando sempre più spesso requisiti per la prevenzione della caduta di oggetti e delle cadute dalle piattaforme, il che sta aumentando la domanda di soluzioni di alimentazione integrate, come Lift Power, che eliminano la necessità di cavi di alimentazione esterni", afferma Tupper.

Requisiti per il noleggio

Secondo MEC, per le società di noleggio, la potenza erogata dal generatore e il suo effetto sul funzionamento delle macchine sono generalmente più importanti del tipo di azionamento.

"Le società di noleggio in genere si rivolgono a noi con specifiche esigenze in termini di potenza del generatore. Richiedono una determinata potenza in kW, ma di solito non si preoccupano se il generatore sia azionato idraulicamente o meccanicamente", afferma Crook.

"Ciò che conta è che la macchina fornisca la potenza di cui i clienti hanno bisogno e consenta loro di lavorare in modo efficiente."

Anche Genie pone l'accento sulla disponibilità immediata di energia.

"Sebbene non tutti i cantieri richiedano piattaforme di lavoro aeree con alimentazione integrata, quando questa è necessaria, le società di noleggio e gli operatori si aspettano che i generatori producano energia con la semplice pressione di un interruttore", afferma Tupper.

L'alternativa elettrica

L'elettrificazione sta influenzando anche il modo in cui i produttori forniscono energia in quota, con motori elettrici dedicati e inverter che offrono alternative ai sistemi convenzionali azionati da motori a combustione interna.

DeCorte spiega che Harrison Hydra-Gen è in grado di azionare generatori utilizzando motori elettrici alimentati da batterie. L'azienda fornisce anche sistemi per apparecchiature ibride, compresi i generatori utilizzati per ricaricare le batterie.

Per MEC, la sfida consiste nel fornire in modo efficiente una quantità sufficiente di energia CA dal sistema elettrico a corrente continua di una macchina elettrica.

"In una macchina elettrica, l'obiettivo è convertire l'energia elettrica in corrente continua della batteria in energia in corrente alternata utilizzabile, riducendo al minimo le perdite di conversione", afferma Crook.

“La tecnologia degli inverter a stato solido offre una potenziale soluzione, ma ci sono delle sfide da superare, soprattutto ai livelli di potenza più elevati richiesti per la saldatura.”

Egli identifica la generazione di calore, i cicli di lavoro del saldatore e i costi come fattori particolarmente rilevanti.

A livelli di potenza inferiori, MEC riscontra anche una domanda in alcune regioni di inverter compatti in grado di fornire circa 1 kW di potenza CA monofase per piattaforme di lavoro mobili elevabili (PLE) a batteria, principalmente per la ricarica di batterie di utensili cordless.

Skyjack offre la funzionalità di alimentazione alla piattaforma sui suoi bracci e forbici elettrici a batteria, consentendo il collegamento di un'alimentazione esterna alla base della macchina.

Guardando al futuro, Crook prevede che l'alimentazione di bordo diventerà sempre più importante nelle diverse configurazioni di piattaforme di lavoro aeree semoventi (PLE).

"Ogni volta che un operatore deve interrompere il lavoro, spostare la macchina inutilmente o tornare a livello del suolo per accedere all'alimentazione elettrica, si verifica una perdita di produttività", afferma.

"L'obiettivo generale di MEC è ridurre al minimo le interruzioni nell'utilizzo delle piattaforme aeree semoventi che offriamo, a vantaggio sia degli operatori che utilizzano le macchine, sia delle società di noleggio che le forniscono."