Presentacion Titulo II Osorio Leonardo RevC

DISEÑO DE TORRES DE SOPORTE EN ACERO

PARA TURBINAS EÓLICASLEONARDO OSORIO MUÑOZ

Profesor Guía: Sebastián Luco

Profesor Comisión: Alberto Szajnman

Profesor Examinador: Carolina Magna

Presentación Final, Titulo II 2

1. RESUMEN

Enero 2015

En el presente estudio se desarrolla el diseño estructural de torres de

soportes en acero para turbinas eólicas. El análisis considera los criterios de diseño

dispuestos en la normativa europea IEC61400-1, para la determinación de cargas de

viento según las características de viento imperante en Chile, y los criterios de diseño

sísmico de la normativa chilena NCh2369, presentando un protocolo metodológico

para el diseño estructural de este tipo de estructuras.

Presentación Final, Titulo II 3

2. OBJETIVOS

Realizar diseño estructural de torres de soporte en acero para turbinas

eólicas, considerando tanto códigos de diseño y normativas nacionales como

extranjeras aplicables.

Enero 2015

Objetivo General

a) Determinar los tipos de aerogeneradores y las características de sus torres de

soporte, construidas en Chile.

b) Estudiar la normativa nacional y extranjera aplicable al diseño estructural de

torres de soportes para aerogeneradores.

c) Realizar un protocolo metodológico que abarque el diseño de los elementos

resistentes para soporte de una turbina eólica.

d) Llevar a cabo la comparación entre un soporte del tipo cilíndrico y del tipo

troncocónico.

Objetivos Específicos

Presentación Final, Titulo II 4Enero 2015

3. ALCANCE

La presente memoria realiza el diseño estructural de una torre de soporte

para turbina eólica o aerogenerador, emplazada en las costas de la IV Región de

Coquimbo, Chile, del tipo tubular en acero, bajo las condiciones de carga

establecidas en el estándar internacional de diseño de torres de soporte para

turbinas eólicas IEC61400.


4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIO

a) Tipo de aerogenerador

¿Qué quiere que se diga en esta diapo?

Potencia?

Tamaño?

Sistema tripala?

Mecanismo a barlovento?



Aerogenerador: Dewind

Parque: Punta Colorada

Aerogenerador: Vestas

Parque: Canela I

b.1) Torre Cilíndrica b.2) Torre Troncocónica



c.1) Geometría Soporte Cilíndrico

Tramo 1 Tramo 2 Tramo 3



c.2) Geometría Soporte Troncocónico

Tramo 1 Tramo 2 Tramo 3


4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIOd) Geometría de Zapatas



d) Geometría de Zapatas



e) Característica del anclaje70+70 Pernos



e) Característica del anclaje



CARGAS PERMANENTES

• Peso de Soporte

• Peso de Góndola

• Peso de Rotor

• Peso de Aspas

CARGAS DE OPERACIÓN

• Freno de aspas

• Orientación de la góndola

• Cabeceo del aerogenerador

CARGAS EVENTUALES

• Sobrecarga de Viento

• Carga sísmica

Información del proveedor

Información del proveedor

IEC61400

NCh2369

f) Solicitaciones sobre la estructura


5. MODELOS ESTRUCTURALES

Se desarrollan los siguiente modelos en SAP2000, para estudiar las estructuras.

Modelo de soporte• Torre sin aerogenerador

(A.G. incorporado como carga)• Torre con aerogenerador

(A.G. incorporado como elemento)

Modelo de Zapatas

Modelo de placa de Anclaje


5. MODELOS ESTRUCTURALES

Soporte Cilíndrico

Soporte Troncocónico

2m

Vista superior Torre

22,5°

a.1) Modelo de Torre sin Aerogenerador


5. MODELOS ESTRUCTURALESa.2) Modelo de Torre con Aerogenerador

DA1 DA2 DA3


5. MODELOS ESTRUCTURALESb) Modelos de Zapatas

Zapata Octogonal

Soporte Cilíndrico

Zapata Octogonal

Soporte Troncocónico


5. MODELOS ESTRUCTURALESc) Modelo de placa de anclaje mecánico


6. PROTOCOLO METODOLÓGICO

Se determinó un protocolo metodológico de diseño/verificación de

estructuras de soporte, para los siguientes conceptos:

Verificación del manto

Control de deformaciones

Diseño de Anclajes

• Diseño de Pernos de anclaje

• Diseño de Placa base

• Diseño de placa de anclaje

Diseño de Zapatas

• Diseño Geotécnico

• Diseño Estructural


6. PROTOCOLO METODOLÓGICOa) Verificación del manto

Criterio de diseño

Factor de seguridad (IEC61400)

Pandeo local del manto (NCh2369)



Criterio de diseño

Deformación de soporte (IEC61400)

Limitación de deformación global (NCh2369)

b) Control de Deformaciones

Solo se requiere que aspas no “choquen” contra soporte



c.1) Diseño del perno de anclaje (AISC)

c.2) Diseño de placa base (AISC)

c.3) Diseño de placa de anclaje mecánico (AISC)

c) Diseño de Anclajes



d.1) Diseño Geotécnico

Tensiones de contacto

Estabilidad Global (NCh2369)

Estabilidad al deslizamiento (NCh2369)

Estabilidad al Volcamiento (NCh2369)

d) Diseño de Zapatas



d.2) Diseño estructural

Resistencia al corte (ACI318)

Resistencia a la flexión (ACI318)

d) Diseño de Zapatas


7. RESULTADOS OBTENIDOSa) Análisis Modal


7. RESULTADOS OBTENIDOSb) Cortes Basales


Tramo 1 t=25mm

Tramo 2 t=16mm

Tramo 3 t=12mm

7. RESULTADOS OBTENIDOSc.1) Esfuerzos Soporte Cilíndrico


Tramo 1 t=10mm

Tramo 2 t=10mm

Tramo 3 t=8mm

7. RESULTADOS OBTENIDOSc.2) Esfuerzos Soporte Troncocónico


Torre Cilíndrica

Torre Troncocónica

119,07cm 106,23cm

7. RESULTADOS OBTENIDOSd) Control de Deformaciones


7. RESULTADOS OBTENIDOSe) Diseño de Anclajes

• Configuración de pernos: 2 x 70


7. RESULTADOS OBTENIDOSf) Diseño de Zapatas

• Diseño Geotécnico



• Diseño Estructural Soporte Cilíndrico



• Diseño Estructural Soporte Troncocónico


8. ANÁLISIS COMPARATIVO


ANÁLISIS CRITICOSOPORTE PARQUE EL ARRAYAN


PARQUE EÓLICO EL ARRAYAN

Geometría Soporte



Espesor Manto Soporte

Peso Soporte


PARQUE EÓLICO EL ARRAYANGeometría Zapatas

Zapata Optimizada

Zapata requerida por proveedor



Anclajes

Zapatas


CONCLUSIONES

Soportes corresponden a estructuras esbeltas de gran flexibilidad.• Diseño gobernado por deformación.

Torres se comportan como estructura de péndulo invertido.• Su diseño se puede verificar con norma NCh2369.

Diámetro del soporte define rigidez• Mayor diámetro, diseño mas económico.

Conclusiones

Recomendaciones

Anclaje robusto que permita deformación (dúctil).

Zapata rígida y robusta que actúe como elemento gravitacional.

udp

FACULTADDE INGENIERÍA

PARQUE EÓLICO CANELA I

udp

FACULTADDE INGENIERÍA

GRACIAS PORSU ATENCIÓN

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