STI Norland es una empresa fundada en España dedicada a la construcción e implementación de proyectos de aprovechamiento fotovoltaico, tanto seguidores como fijas. En 2002 construyó en Navarra la primera planta del mundo con seguidores solares.
Daremos un vistazo a las tecnologías pioneras utilizadas y desarrolladas por esta compañía, así como la implementación realizada en el software Consteel para el proceso de chequeo estructural, que les ha permitido evaluar las grandes solicitaciones a las que se puede ver sometida una estructura soporte de un panel solar. También se mostrarán los beneficios, a nivel de flujo de trabajo y productividad, que permite el uso de este programa.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
Ubicado en Alfajarín, en la provincia de Zaragoza, un proyecto en fase de preventa que se conforma de la construcción de un campo de generadores fotovoltaicos seguidores de un eje horizontal, este se compone de dos vigas de torsión donde se sostienen los módulos, esta viga permite rotar a partir de un mecanismo transversal que mueve los módulos en dirección este – oeste, siguiendo así la trayectoria del sol.
El movimiento oscilatorio en los módulos solares es calculado a partir de un algoritmo de cálculo astronómico, que a su vez toma en cuenta la posible sombra que se puede generar entre filas adyacentes de módulos, evitándola y aumentado la producción de energía hasta un 5%.
El proyecto está ubicado a unos 380 metros de altitud, y se compone de 29 módulos fotovoltaicos por fila, cada módulo tiene un peso de 32.3kg, podríamos considerar entonces que cada línea debe soportar un total de casi 950kg, distribuidos a lo largo de la misma, esto solo en carga de equipos, sin considerar las grandes presiones de viento generadas en una superficie de aproximadamente 2.5m^2 por cada módulo fotovoltaico, lo que puede llegar a ser un poco más de 74m^2 de área superficial de paneles fotovoltaicos por línea.
CONSIDERACIONES
El análisis fue dirigido principalmente al cálculo de las solicitaciones de viento, por la relevancia que presentó en comparación con otras solicitaciones, en principio por ser una estructura relativamente ligera no es susceptible a los efectos inerciales provocados por el sismo, y para cargas por nieve no se aplicó un análisis porque el seguidor tiene una capacidad de operar con una capa de nieve establecida, aproximadamente de 10cm de espesor. Además, con el movimiento oscilatorio se evita la acumulación de una capa de espesor superior, adicionalmente el seguidor cuenta con un sensor de nieve que mide constantemente el espesor de la misma, al llegar a 8cm este entra en una posición de seguridad ante nieve, posicionándose en un ángulo de 45 grados, con el cual podría evacuar el espesor acumulado.
Como el proyecto construido está compuesto por módulos fotovoltaicos seguidores se deben considerar las diferentes posiciones que este puede tener durante el día, adicionalmente se logran identificar diferentes líneas que serán afectadas dependiendo de su disposición en la planta.
Como se puede ver, se pueden identificar tres grupos de seguidores, basados en el nivel de exposición al viento, los seguidores internos, que tendrán un grado de exposición menor, los seguidores del interior, pero en el borde, los cuales tendrán un grado de exposición intermedio y los seguidores de exterior que tienen un grado de exposición mayor.
Finalmente, haciendo las permutaciones entre los diferentes tipos de seguidores y las posiciones que pueden tener durante el día, así como la dirección del viento, tenemos los siguientes casos posibles a evaluar.
No se considera el caso de abanderamiento a sotavento debido a que el seguidor cuenta con un anemómetro con el cual al medir velocidades superiores de 60km/h, que es a velocidad de cálculo, el seguidor entra en una posición de abanderamiento de forma que el viento incida a barlovento, ya que en esta posición la estructura sufre mucho menos y para el caso de sotavente en abanderamiento a esta velocidad comienzan a aparecer diferentes tipos de inestabilidades aerodinámicas, lo cual perjudicaría la integridad de los módulos.
Como se tiene cierta sensibilidad con los posibles resultados, se pueden reducir los casos a solo los encerrados en rojo, que serían los casos de abanderamiento a barlovento, finalmente los que suelen gobernar el diseño son los seguidores más expuestos, por lo cual el caso de diseño sería el abanderamiento en barlovento, específicamente en los seguidores externos.
LEVANTAMIENTO EN CONSTEEL
En STI se dispone de hojas de caracterización donde se introduce cierto dimensionado de la planta que luego mediante el script de Consteel, puede leer este input y generar una geometría inicial en el software, lo cual agiliza el flujo de trabajo en la fase de modelado.
El algoritmo programado por STI en Consteel permite a su vez introducir las cargas correspondientes sobre el modelo, estas se introducen sobre los paños y toman en cuenta los siguientes aspectos.
- Presión del viento sobre los paneles, las cuales son calculadas con los coeficientes extraídos del túnel de viento donde estos son ensayados.
- Peso propio de los paneles establecido por el fabricante, se considera un adicional también que cubre el peso del cableado para la instalación de los paneles.
- Peso propio de los elementos estructurales.
Dentro del modelo se incluye la estructura de soporte donde se anclan los módulos fotovoltaicos, la viga de torsión que sostiene todos los paneles y los pilares que conectan estos a tierra, si embargo, también se modela el mecanismo transversal que rota las vigas de torsión para que los paneles sigan la trayectoria del sol.
VIRTUDES DE CONSTEEL
Entre las virtudes más importantes que ha logrado rescatar STI de Consteel es su modelado con elementos finitos de 7 grados de libertad, que permite tomar en consideración las tensiones generadas por el alabeo en perfiles abiertos, lo cual es de suma importancia en este tipo de estructuras susceptibles a estos efectos de torsión y alabeo.
Otro aspecto para mencionar es el manejo avanzado en la definición de excentricidades existentes entre barras permite considerar correctamente la influencia y transmisión de cargas y deformaciones reconociendo no sólo en el centro de gravedad del perfil sino también el centro de esfuerzos cortantes en perfiles abiertos, hecho que le permite reproducir correctamente el comportamiento global de la estructura.
Adicionalmente Consteel permite obtener los modos de pandeo globales de la estructura (considerando los 7GDL) para conocer con precisión de las longitudes de pandeo por flexión y torsión incluso en elementos con inmovilizaciones parciales, como es el caso de correas con la parte superior inmovilizada.
Quizás, uno de los puntos más potentes del programa, es el estudio detallado de las secciones de perfiles conformados en frío o perfiles de clase 4, ya que Consteel permite al usuario definir cualquier geometría mediante un generador y el software obtiene (de manera automática) todas las propiedades eficaces del perfil, para cada combinación de cargas y a lo largo de la barra, ya que estas propiedades dependen de la configuración de esfuerzos en sección.
También se destaca la facilidad de operabilidad del software frente a otros de la misma área, y la calidad gráfica de las vistas mientras que realiza el modelado, lo que permite tener una mejor idea de la disposición real y el resultado final que se producirá del diseño, recordando así lo importante de la visualización 3D debido a que es el primer input de un programa de análisis y modelado.
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Consteel es el software de análisis estructural ideal para las oficinas de diseño que se dedican a la construcción de estructuras metálicas y mixtas. Cubre todas las fases del proceso de diseño: modelado, análisis, verificación normativa y documentación.
Este programa de cálculo trata el análisis del modelo estructural 3D en su totalidad, incluyendo por completo todas las excentricidades y rigideces de conexión. Además, incluye un análisis avanzado del comportamiento de la estructura frente a la estabilidad aplicando el método general.