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COLEGIO DE INGENIEROS DE CHILE
Topicos Meteorológicos en el Diseño de Líneas de Transmisión: Ingeniería del Viento
EL TENIENTE AGOSTO-1944
Dr José VERGARA ([email protected]), Injeniero Civil (Hidráulico, Universidad de Chile, Chile),
Ph.D. (Ciencias de la Atmósfera, University of Maryland, USA)
Certificación Cold Region Engineering (University of Washington, USA).
Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:
TEMARIO
METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA (EL CONTEXTO)• Climas y Zona Frías• Variables y El problema de los Datos• Variabilidad, Cambio Climático y los Diseños
CLIMATOLOGIA del VIENTO• Viento Máximo • Viento Mínimo• Perfiles Verticales del Viento• Dirección del Viento y el Buen Trazado
CLIMATOLOGIA DE LA NIEVE Y HIELO• Avalanchas de Nieve y Cargas de Diseño.• Espesores de Hielo (datos reales)• Formación de Hielo sobre Estructuras.
CLIMATOLOGIA DE LAS TORMENTAS ELECTRICAS• Tormentas Eléctricas y Tornados.• Nivel Ceraunico y Periódos de Retorno.• Factor Topográfico• Campo Eléctrico
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Ingenieria del Viento: Es un Problema 4D
El viento es un problema 4D
LAS CARGAS DE VIENTO
• Dependen de las variables espaciales (x, y, z)• Dependen de Variables Temporales (frecuencia y secuencia)• Dependen de la Estructura• Monitoreo es insuficiente• No son Independientes y actúa con otras carga
NieveHielolluviaRayosTemperatura
NO EXISTE UN NUMERO UNICO
Factores Meteorologicos Diseño Lineas de Transmision:
METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA
CLIMA CHILE (OCEANICO)
BS : Seco EstepaBW: Extremadamente ÁridoCsb: Templado estación seca verano, verano largoCfb: Templado sin estación seca, verano largo.
H: Montaña
0-5000 m.s.n.m.
ZONA FRIA (ALTA MONTAÑA)
Se define CONGELAMIENTO DE SUELO, por al menos 1 mes.Las NORMAS Están en Contextos METEOROLOGICOS DIFERENTES
ASCE
IEC
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Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:
METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA
ZONA FRIA
CONGELAMIENTO DE SUELO, por al menos 1 MES
Temperatura del Mes más frio < 0°C
PEMAFROST DISCONTINUO o ESTACIONAL:
• Capa Activa (mallas de tierra y fundaciones)• Suelo congelamiento y descongelamiento.
ESPESOR TIPICO 3m
PERMAFROST CONTINUO O PERMANENTE:
Temperatura Media Anual < 0°C
PROBLEMAS CON PROPIEDADES MECANICAS Y ELECTRICAS SUELO
Factores Meteorológicos Diseño Líneas: Los Datos
METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA
• Variables y El problema de los Datos
• Variabilidad, Cambio Climático y los Diseños
• Períodos de Retorno de 50, 150 años cualquier tendencia afecta los diseños
EL PROBLEMA DE LA CALIDAD DE LOS DATOS ES UN TEMA SERIO
LOS DATOS METEOROLOGICOS TIENE QUE
SER MIRADOS CON CUIDADO
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TEMPERATURA (100 años Puerto Montt)
TEMPERATURA (110 años Puerto Montt): Tendencias?
3,1°C/100 años 0,5 °C/100 años
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TEMPERATURA (100 AÑOS SANTIAGO)
38,3 (2019)
35 (2018)
TEMPERATURA (100 AÑOS ARICA)
38,3 (2019)
35 (2018)
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Ingenieria del Viento: CAMBIO O VARIABILIDAD CLIMATICA
El viento es un problema 4D
NO CONFUNDIR CAMBIO CON
VARIABILIDAD CLIMATICA.
Es Importante para el DISEÑO
RESUMEN IMPACTO CLIMATICO CHILE: MODELOS
1. AUMENTO TEMPERATURA MEDIA 1-3°C PROXIMOS 30-100 AÑOS (AFECTA CAPACIDAD DE LINEAS)
2. REDUCCION EN LAS PRECIPITACIONES 10-20-30% (NO ESTOY DEACUERDO CON ESTE
RESULTADO)
3. AUMENTO PRECIPITACIONES INVIERNO ALTIPLANICO (AUMENTO TORMENTAS ELECTRICAS Y
REDUCE GENERACION SOLAR)
BASADO FUNDAMENTALMENTE EN RESULTADOS DE MODELOS NUMERICOS, LOS DATOS
NO CONFIRMAN LO ANTERIOR.
COMO IMPACTA LOS DISEÑOS?
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© Dr José VERGARA, [email protected]
CAPACIDAD TERMICA CONDUCTOR: CAMBIO CLIMATICO
EFECTO CAMBIO CLIMATICO
SIGNIFICA
T Cambio Climático= T aire +2 o 3 °C
REDUCE en 10% la capacidad del Conductor
OJO CON GENERACION SOLAR
Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:
TEMPERATURAS DE -21°C SE REQUIEREN ACEROS ESPECIALES
290 msnm
1000 msnm
1600 msnm
EFECTO CAMBIO CLIMATICO
TR: 50, 100, 150 años (viento):
DISEÑO CON ACEROS ESPECIALES 1600 msnm
INCLUIR MAGUITOS DE HIELO >500 msnm
Gran parte de las líneas SUPERAN los 1500 msnm
DATOS REALES solo PERMITEN garantizar Tr 30 años.
OJO CON DISEÑOS EOLICOS: HOY SE ESTAN EJECUTANDO ESTRUCTURAS DE 200 METROS
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Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:
CLIMATOLOGIA DEL VIENTO
• Viento Máximo • Viento Mínimo• Perfiles Verticales del Viento• Dirección del Viento y el Buen Trazado
EL PROBLEMA DE LOS TORNADOS VMAX: 100 km/h (F0) -220 km/h (F2)
Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión: factor TR
FACTORES RECOMENDADOS IEC (de 1,1 Y 1,2)
NO SE APLICAN EN MONTAÑA
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Factores Meteorológicos Diseño Líneas: VIENTO MINIMO
CLIMATOLOGIA del VIENTO
• VIENTO MÍNIMO (El Dia MAS CALUROSO del AÑO)
CUIDADO CON DISEÑOS SOLARES, DADO LIMITA LAS LINEAS
La velocidad del viento de 0,61 m/s o 2 pies/s, utilizada en el diseño, es un
tema observacional y guarda relación con instrumentos muy antiguos y
observaciones manuales que no permitían detectar vientos inferiores a 1 o 2
nudos (lo que se definía como calma), hoy los instrumentos modernos
(últimos 30 años), no tienen problemas y pueden medir vientos desde 0,1
m/s.
Un escenario de simultaneidad entre calma y temperatura máxima, no es
propio de condiciones meteorológicas de montaña y menos en nuestras
latitudes
DISEÑO:
F: Fuerza del viento
Q: Densidad del aire (p,T)
Zv: Perfil de viento sobre las torres (z0, z)
V10: Velocidad del viento medio a 10m
G: Factor de racha (tamaño estructura)
A: Área (perfiles y hielo)0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0,50 0,70 0,90 1,10
Densidad(z)/densidad(nivel del mar)
Altu
ra s
ob
re e
l n
ive
l d
el m
ar
(m)
Factores Meteorológicos F= Q(p) * (Zv(z) V10)2 * G * A
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=
2
1
)2(
)1(
z
z
zV
zV
( )2
1
)2()1(
zzLn
zVzV
Ln
=
1/= 1/5, 1/5,5 o = 10, 11 (ASCE)
PERFIL DE VIENTO SOBRE LAS TORRES: Zv(Z)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 100 200 300
Velocidad (km/h)
Altura
sobre
el suelo
(m
)
SE APLICA AL VIENTO MAXIMO
SI EL VIENTO ES REDUCIDO (por ejemplo 50%) EL PERFIL Y COEFICIENTE SE MODIFICA
Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:
CLIMATOLOGIA DE LA NIEVE Y HIELO
• Avalanchas de Nieve y Cargas de Diseño.• Espesores de Hielo (datos reales)• Formación de Hielo sobre Estructuras.
VIENTO Y HIELO MAXIMO SON SIMULTANEOS
UNA LINEA CON HIELO 4-6 MAS PESADA
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Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:
AVALANCHAS
SIEMPRE SERA MEJOR UN BUEN TRAZADO
EVITAR ZONAS DE DEPOSITO
EVITAR CABLE DENTRO DEL FLUJO
SIEMPRE SALTAR LAS AVALANCHAS
SI SE PASA PUNTO MAS ALTO ESTAR DISPONIBLE PARA EL VIENTO
LAS VELOCIDADES SUPERAN 130 km/h
Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:
AVALANCHAS DE NIEVE
VELOCIDAD SUPERA LOS 130 km/h
LAS VELOCIDADES SUPERAN 130 km/h
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Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:
AVALANCHAS DE NIEVE
LA ZONA DE DEPOSITO SUPERA LOS 20 metros.
LA ACUMULACION SUPERA LOS 20 metros
EL TENIENTE
Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión: MANGUITO
Espesor Manguito de Hielo
• Espesores de Hielo (datos reales)
GEOGRAFIA
Dada las condiciones de precipitación y temperaturas:
Ocurre desde Chapiquiña-Arica a Puerto Willians
Espesor observado desde 10 a 60 mm
Pero siempre manguitos separados
Espesor de Hielo 40-60mm
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Tarea para la casa: “Carga de hielo”
PROBLEMA: Se requiere diseñar los CRUCES sobre El Canal de Chacao y Estuario del Reloncavi.
Pregunta:
Sobre el espesor de hielo (manguito) o Carga de Hielo.
A) Solo se aplica al Canal de ChacaoB) Solo de aplica al Estuario del Reloncavi.C) Se aplica en ambos Proyectos.D) No se aplica en ninguno de los Proyectos.
Tips: Ambos proyectos meteorológicamente son muy similares
Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión: Rayos
CLIMATOLOGIA DE LAS TORMENTAS ELECTRICAS
• Tormentas Eléctricas y Tornados.• Nivel Ceraunico y Periódos de Retorno.• Factor Topográfico• Campo Eléctrico
La importancia del Cable a Tierra
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RAYOS: NUBE-TIERRA, NUBE-NUBE, ENTRE NUBE
TORMENTAS ELECTRICAS CORDILLERA ZONA CENTRAL: NIVEL CERAUNICO
Topografía: Protege de los Rayos en Factor 10
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• Plantear una norma conforme con la meteorología del pais.
• No desconocer la historia y la experiencia local.
• Se require desarrollarla ingeniería del viento montaña.
MUCHAS GRACIAS
José Vergara, Ingeniero Civil, Ph.D.
(Ciencias de la Atmósfera, University of Maryland, USA)
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