Presentacion Titulo II Osorio Leonardo RevC
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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.
Presentación Final, Titulo II 5Enero 2015
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?
Presentación Final, Titulo II 6Enero 2015
4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIO
Aerogenerador: Dewind
Parque: Punta Colorada
Aerogenerador: Vestas
Parque: Canela I
b.1) Torre Cilíndrica b.2) Torre Troncocónica
Presentación Final, Titulo II 7Enero 2015
4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIO
c.1) Geometría Soporte Cilíndrico
Tramo 1 Tramo 2 Tramo 3
Presentación Final, Titulo II 8Enero 2015
4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIO
c.2) Geometría Soporte Troncocónico
Tramo 1 Tramo 2 Tramo 3
Presentación Final, Titulo II 9Enero 2015
4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIOd) Geometría de Zapatas
Presentación Final, Titulo II 10Enero 2015
4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIO
d) Geometría de Zapatas
Presentación Final, Titulo II 11Enero 2015
4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIO
e) Característica del anclaje70+70 Pernos
Presentación Final, Titulo II 12Enero 2015
4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIO
e) Característica del anclaje
Presentación Final, Titulo II 13Enero 2015
4. TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS DE ESTUDIO
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
Presentación Final, Titulo II 14Enero 2015
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
Presentación Final, Titulo II 15Enero 2015
5. MODELOS ESTRUCTURALES
Soporte Cilíndrico
Soporte Troncocónico
2m
Vista superior Torre
22,5°
a.1) Modelo de Torre sin Aerogenerador
Presentación Final, Titulo II 16Enero 2015
5. MODELOS ESTRUCTURALESa.2) Modelo de Torre con Aerogenerador
DA1 DA2 DA3
Presentación Final, Titulo II 17Enero 2015
5. MODELOS ESTRUCTURALESb) Modelos de Zapatas
Zapata Octogonal
Soporte Cilíndrico
Zapata Octogonal
Soporte Troncocónico
Presentación Final, Titulo II 18Enero 2015
5. MODELOS ESTRUCTURALESc) Modelo de placa de anclaje mecánico
Presentación Final, Titulo II 19Enero 2015
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
Presentación Final, Titulo II 20Enero 2015
6. PROTOCOLO METODOLÓGICOa) Verificación del manto
Criterio de diseño
Factor de seguridad (IEC61400)
Pandeo local del manto (NCh2369)
Presentación Final, Titulo II 21Enero 2015
6. PROTOCOLO METODOLÓGICO
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
Presentación Final, Titulo II 22Enero 2015
6. PROTOCOLO METODOLÓGICO
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
Presentación Final, Titulo II 23Enero 2015
6. PROTOCOLO METODOLÓGICO
d.1) Diseño Geotécnico
Tensiones de contacto
Estabilidad Global (NCh2369)
Estabilidad al deslizamiento (NCh2369)
Estabilidad al Volcamiento (NCh2369)
d) Diseño de Zapatas
Presentación Final, Titulo II 24Enero 2015
6. PROTOCOLO METODOLÓGICO
d.2) Diseño estructural
Resistencia al corte (ACI318)
Resistencia a la flexión (ACI318)
d) Diseño de Zapatas
Presentación Final, Titulo II 27Enero 2015
Tramo 1 t=25mm
Tramo 2 t=16mm
Tramo 3 t=12mm
7. RESULTADOS OBTENIDOSc.1) Esfuerzos Soporte Cilíndrico
Presentación Final, Titulo II 28Enero 2015
Tramo 1 t=10mm
Tramo 2 t=10mm
Tramo 3 t=8mm
7. RESULTADOS OBTENIDOSc.2) Esfuerzos Soporte Troncocónico
Presentación Final, Titulo II 29Enero 2015
Torre Cilíndrica
Torre Troncocónica
119,07cm 106,23cm
7. RESULTADOS OBTENIDOSd) Control de Deformaciones
Presentación Final, Titulo II 30Enero 2015
7. RESULTADOS OBTENIDOSe) Diseño de Anclajes
• Configuración de pernos: 2 x 70
Presentación Final, Titulo II 31Enero 2015
7. RESULTADOS OBTENIDOSf) Diseño de Zapatas
• Diseño Geotécnico
Presentación Final, Titulo II 32Enero 2015
7. RESULTADOS OBTENIDOSf) Diseño de Zapatas
• Diseño Estructural Soporte Cilíndrico
Presentación Final, Titulo II 33Enero 2015
7. RESULTADOS OBTENIDOSf) Diseño de Zapatas
• Diseño Estructural Soporte Troncocónico
Presentación Final, Titulo II 37Enero 2015
PARQUE EÓLICO EL ARRAYAN
Espesor Manto Soporte
Peso Soporte
Presentación Final, Titulo II 38Enero 2015
PARQUE EÓLICO EL ARRAYANGeometría Zapatas
Zapata Optimizada
Zapata requerida por proveedor
Presentación Final, Titulo II 40Enero 2015
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.