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MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 393 3.16 ESTRUCTURAS SOPORTES PARA PANELES En este apartado del manual se hace referencia sobre los materiales, cálculos básicos y normas vigentes para el montaje de las estructuras donde irán fijados los módulos fotovoltaicos. A la hora de instalar los paneles fotovoltaicos se debe tener en cuenta el tipo de techo, su orienta- ción y el tipo de soporte y anclaje que se usará. Las estructuras soportes dependen de a) Las condiciones climatológicas b) El emplazamiento c) El tamaño de la instalación d) Fijas o con selección de inclinaciones Las estructuras están solicitadas a cargas variables por la acción del viento y una carga fija que es la de su propio peso más la de los módulos fotovoltaico, para garantizar que la estructura soportara estos esfuerzos se usara la norma CIRSOC 102, la cual es provista por el INTI (http://contenidos.inpres.gob.ar/docs/Reglamentos/CIRSOC-102-Reglamento.pdf). Las estructuras pueden ser fabricados por el mismo instalador, con lo cual para eso se usarán perfiles normalizados DIN o ISO con calidad del acero SAE, para el uso correcto del perfil y su verificación se debe comprobar las solicitaciones con la Norma CIRSOC 301, la cual trata sobre las estructuras de acero. (https://www.inti.gob.ar/assets/uploads/files/cirsoc/vigencia- 2013/area300/reglamento_301.pdf). En el diseño se puede utilizar perfiles de aluminio, los mismos deberán ser bajo Norma IRAM 681 e IRAM 687. Las solicitaciones de esfuerzos estarán verificadas con la Norma CIRSOC 701 (http://contenidos.inpres.gob.ar/docs/Reglamentos/CIRSOC-701-Reglamento.pdf) Anteriormente nombramos las condiciones de cálculo y norma que deben tener una estructura cuando es diseñada por el instalador, actualmente en el mercado existen varias marcas y mo- delos de estructuras para módulos fotovoltaico, para solicitar una de ellas usted deberá saber cuáles son las condiciones de vientos que estará solicitado la estructura, para lo mismo se puede sacar de la siguiente imagen que tiene los vientos promedio del país: El fabricante deberá asegurar que la estructura soportara las solicitaciones a dichas cargas y deberán estar normalizados por alguna identidad internacional o nacional para su uso.
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 394 Ilustración 271 Velocidad básica del viento
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 396 EJEMPLO DE CÁLCULO DE ESTRUCTURA DE SOPORTE DE PANELES FOTOVOLTAICOS Se tiene una instalación fotovoltaica conformada por 6 paneles de aproximadamente 2000x1000x40 mm y peso aproximado 20 kg y se debe calcular su estructura. Dicha instalación se ubica en terreno plano y a baja altura según define el reglamento (<20m). En base a los datos geográficos del lugar se determinó el viento actuante en el sitio por medio del REGLAMENTO ARGENTINO DE ACCION DE LOS VIENTOS SOBRE LAS CONSTRUCCIONES CIRSOC 102-2005, dando este un valor de 45m/s. Ver figura 1A y 1B. Se procedió a determinar la fuerza del viento actuante en la estructura:
- Presión del viento: P = ½* *V^2 *sen Pa] Donde: : es igual a la densidad del aire seco a nivel del mar, a 1 atm y a 15°C: 1,225Kg/m^3 V: es la velocidad del viento [m/s] Sen es el seno del ángulo de inclinación de los módulos fotovoltaicos, para Córdoba 30°
- Fuerza del viento: F = APCd [N] Donde: A: es el área en m^2 P: es la presión del viento en Pa Cd: es el coeficiente adimensional de arrastre que, en el caso de estructuras fotovoltaicas, estructuras planas, se varia de 2 a 1,4, en placas cortas se toma el valor más bajo.
- Reemplazando en la de fuerza del viento: F = ½* *V^2 sen * ACd [N]
- Cambiamos de unidad de Newton a Kgf: F = ½* *V^2 sen * ACd [N] Donde: g: es la gravedad 9,81 m/s^2
- Simplificando la misma: 0,0625*V^2 sen * ACd Los módulos fotovoltaicos miden:
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 397 Largo: 2.000 mm = 2 m Ancho: 1000 mm = 1 m Superficie: 2 x 1 = 2 m^2 Superficie total: 2*6 = 12 m^2
- Reemplazando: F= 0,0625(45)^2 sen30°121,4 = 1.063,125 Kgf Esta fuerza actuante sobre la estructura la debemos descomponer en la actuante perpendicular al panel y el deslizamiento tangencial sobre la estructura Fp= Fsen30° = 531,56 Kgf Ft= Fcos30° = 920,69 Kgf Ilustración 273 incidencia de vientos en la estructura de un panel solar
- El valor obtenido de la fuerza perpendicular nuevamente lo descomponemos en x e y con el valor obtenido en y determinamos la fuerza actuante en las bases. Fx= Fpsen30° = Fsen30°sen30°= 265,78 Kgf Fy = Fpcos30° = Fsen30°cos30° = 460,33 Kgf A este valor obtenido de Fy se le debe agregar el peso propio de los módulos fotovoltaicos
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 399 Total 4 de = 113,39 Kg Se desarrollan las 8 fundaciones con el valor de las mayores Volumen de cada fundación: 113,39 (kg) /2400 (kg/m^3 ) = 0,04725 m^3 Profundidad de estas 0,80m Superficie: 0,04725 m^3 /0,80m= 0,024 m^2 Si la fundación es rectangular se calcula la longitud de los lados, si la fundación es circular se calcula el diámetro correspondiente. Los fabricantes proveen las estructuras con un coeficiente de seguridad que duplica por lo me- nos estos valores. Para valores de vientos mayores a los planteados según gráfico y/o alturas superiores, se debe realizar un cálculo estructural por un especialista. Los marcos de los paneles no se deben usar como auto soporte. Los fabricantes de paneles garantizan que los marcos (frame) de aluminio soportan cargas de viento de hasta 2400 Pa y cargas de nieve hasta 5400 Pa.
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 400 Ilustración 275 perfiles 1
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ESTRUCTURAS PARA PLACAS SOLARES INSTALADAS EN CUBIERTAS PLANAS
En el caso que se disponga de una cu- bierta plana para realizar la instalación fotovoltaica, o realizarla directamente sobre el suelo, es importante tener en cuenta que la estructura sobre la que irán ubicados los módulos fotovoltaicos debe permitir que estos estén apoyados e inclinados respecto al ángulo horizon- tal, de forma similar a como estarían en una cubierta ya inclinada. Dependiendo de la ubicación de la ins- talación y de su orientación, los paneles deberán inclinarse un cierto número de grados, 30º +/-15° en Córdoba. Este cálculo se realiza previamente, ya que la inclinación óptima en cada caso varía dependiendo de la orientación y azimut de la cubierta o del suelo, así como de la ubicación de ésta. A tal efecto, hay distintos tipos de estructura, dependiendo del material del que estén confor- madas y de los grados de inclinación que permitan. Es necesario mencionar también que en este supuesto, la distancia mínima entre las distintas filas de paneles adquiere un cariz fundamental para que no se proyecte sombra entre ellas y lograr así el mayor y mejor rendimiento posible para la instalación, además de evitar otros pro- blemas mecánicos en los paneles fotovoltaicos, como los puntos calientes (zonas del panel con una temperatura muy superior a la del resto, que además de repercutir directamente en la efi- ciencia del mismo supone una degradación muy importante de sus materiales debido a las altas temperaturas localizadas). La distancia mínima entre paneles para evitar sombras se calcula con la siguiente formula: Por ejemplo, para un panel de 2 m de largo y un ángulo Ilustración 277 Separación entre placas
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 403 Luego: Dmin= 2 x cos 30 + (2 x sen 30) /Tang 60= = 2 x0,866 + (2 x 0,5) / 1,732 = = 1,732 + 1/1,732= = 1,732 + 0, Dmin = 2,3094 m estabilidad. El efecto vela se produce cuando, debido a la inclinación de los paneles sobre la cubierta plana, las corrientes de viento llegan a levantar o desplazar las filas de módulos, des- colocándolas y pudiendo ocasionar problemas muy graves en la instalación. De ahí la importancia de situar un buen lastre sobre o bajo las estructuras, de acuerdo con especificaciones y normativa propias en cada caso, para evit Este lastre adquiere especial relevancia para estructuras metálicas de las placas solares, más propensas a sufrir este efecto debido a su mayor ligereza. Estas estructuras suelen montarse y adherirse a bases de hormigón u otro material lo suficientemente pesado para evitar la movilidad de las placas solares, lo cual puede aumentar su coste, aunque a su favor cuenta que el ángulo de inclinación es totalmente modificable para ajustarlo a los criterios de instalación requeridos. Ilustración 278 Estructura triangular de aluminio anodizado
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 405 Las estructuras de hormigón son lo suficientemente pesadas por sí mismas para actuar también como lastre. Actualmente existe en el mercado, una amplia gama de este tipo de estructura con diferentes ángulos de inclinación para los paneles (los ángulos más empleados y representativos), pero su maleabilidad es inferior al caso de las estructuras metálicas, ya que no se puede escoger un ángulo específico y es necesario amoldarse a los existentes. ESTRUCTURAS PARA PLACAS SOLARES INSTALADAS EN CUBIERTAS INCLINADAS Este caso contempla las cubiertas de las viviendas unifamiliares inclinadas. Además, normalmente están compuestas por teja arábica. En este caso, el método de anclaje por excelencia se conoce perforación en las tejas, sobre las que se introducirán unas varillas que llegue hasta la base de la cubierta, de tal forma que queden enroscadas y fijas. Posteriormente se sitúa y fija también la estructura limitando de este modo completamente su movilidad. Luego se colocan encima los paneles fotovoltaicos, que se fijan mediante grapas especiales a la estructura. En casos en que la cubierta esté compuesta por un material de mayor fragilidad que las tejas arábicas y sobre el que por tanto no se pueda perforar por riesgo de rotura (como, por ejemplo, en la estructura de soporte de las placas solares El procedimiento es sencillo: Se levantan las tejas y se atornilla una parte la estructura directa- mente a la cubierta, fijándola, para posteriormente volver a colocar la teja por encima. Sobre el lado saliente de esta estructura será donde se apoyarán y fijarán los paneles fotovoltaicos. Por último, en caso de que la tipología de la cubierta sea de chapa (forma trapezoidal u ondu- lada) se utiliza la denominada -. Reali- zando una pequeña perforación en la parte más elevada de la chapa, se introduce la mencio- nada estructura y se enrosca evitando cualquier tipo de movimiento de la estructura, sobre la que se situarán y fijarán finalmente los paneles fotovoltaicos.
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 406 Ilustración 282 Estructura Soporte para chapa coplanar de aluminio anodizado Ilustración 283 Estructura Soporte de aluminio en tejas Ilustración 2849 Soporte regulable
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3.17. ELEMENTOS DE FIJACIÓN DE CANALIZACIONES: BROCAS, TARUGOS,
GRAMPAS, AGLOMERANTES Y, ÁRIDOS PARA MORTEROS (CEMENTOS, ARENAS,
CALES Y OTROS), LADRILLOS Y OTROS. CARACTERÍSTICAS, MÉTODO Y MODO DE
APLICACIÓN. NORMAS Y REGLAMENTACIONES VIGENTES.
Elementos de fijación Uno de los productos más utilizados en instalaciones, son los elementos de fijación como torni- llos, arandelas, remaches, grapadoras o clavadoras. Cada uno de estos productos de fijación metálica industrial tiene características diferentes en función de su uso y materiales. Características y tipos de elementos de fijación industrial Como punto de partida de los elementos de fijación industrial, hay que tener en cuenta que hay tres tipos: Los de fijación metálica (arandelas y abrazaderas). Los de fijación química (resinas y morteros, entre otros). Los de fijación plástica (tacos y blísteres). Fijación metálica Los elementos de fijación metálica se pueden encontrar en cualquier tienda de ferretería indus- trial, ya que las arandelas y abrazaderas son utilizadas en múltiples sectores por su versatilidad y uso. Las arandelas de apriete hexagonal de alta resistencia garantizan un cierre fácil y seguro con cualquier herramienta. Además, las arandelas pueden tener un gran rendimiento y ser compacta. Las abrazaderas para tubo son piezas metálicas y se usan para fijación metálica industrial, e incluso para reparaciones caseras. Hay varios tipos, las hay metálicas que suelen ser la mayoría, pero también se pueden encontrar de aluminio, PVC y plástico. Principales elementos de fijación metálica
- Remache Un remache es un rodillo cilíndrico con un solo extremo sobresaliente. Esta pieza se coloca entre los elementos objeto, y luego se complementa colocándole una cabeza en el otro extremo para fijar la unión. Los remaches generalmente están fabricados a base de aluminio, acero, cobre o latón.
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 409 Ilustración 286 Tipos de remaches
- Soldadura Consiste en la unión de dos o más piezas metálicas mediante la aplicación de calor (arco eléc- trico) y presión, empleando el metal de aportación como mecanismo de unión. Este metal suele tener una temperatura de fusión considerablemente inferior con respecto al material que conforma las piezas objeto. El estaño es de uso común en este tipo de aplicaciones. Tabla 43 Tipos de soldadura SOLDADURA BLANDA: Este tipo de soldadura se usa para crear uniones de hojalata, chapas galvanizadas, piezas de latón y bronce, tubos de plomo y componen- tes eléctricos. La temperatura que se utiliza es por debajo de los 450 grados Celsius y se usa un soldador eléctrico. SOLDADURA FUERTE: Es una técnica de unión térmica, con la que se conseguirá uniones de latón, cobre, aleaciones de plata y acero. La temperatura llega de los 450 hasta los 800 grados Celsius y se usa un soplete a gas.
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- Tuercas Estas piezas cuentan con un orificio en el centro, una rosca interna, que permite su uso en el acoplamiento con un tornillo para complementar la unión entre dos piezas. La rosca de la tuerca puede ser hexagonal, cuadrada, de mariposa o hexagonal ciega. Ilustración 288 Tipos de tuercas 5- Abrazadera Es una pieza ajustable que, tal como su nombre lo indica, abraza a la pieza de acople, la cual generalmente es cilíndrica. Las abrazaderas pueden ser metálicas o plásticas; el material de uso dependerá directamente de la aplicación final. Tipos de abrazaderas De oreja Este tipo de abrazadera se caracteriza por su capacidad de unión rápida y sencilla, principalmente para tubos de aire o fluidos. Este elemento es de uso permanente ya que una vez colocado se cierra la oreja y no puede ser ajustado de nuevo.
MANUAL DEL INSTALADOR CALIFICADO, SISTEMA DE GENERACION DISTRIBUIDA DE ENERGIA RENOVABLE INTEGRADA A LA RED ELEC- 412 De alambre Prácticamente es un alambre enrollado en forma de anillo y están diseñados especialmente para aplicaciones de baja presión y para tubos con espiral interior de diámetros pequeños. De alambre con tornillo Prácticamente se utilizan para la misma aplicación que los ante- riores debido a que son similares, la única diferencia es que este incorpora un mecanismo de cierre a través de un tornillo. Normal Prácticamente es un anillo capaz de adaptarse perfectamente a los tubos a través de un tornillo que ejerce presión. De cinta En este tipo se utiliza una cinta metálica para enrollar las piezas, Una de sus características principales es que esta perforada a lo largo de toda su extensión para poder colocar un tornillo como mecanismo de sujeción. De fleje Esta también es una cinta metálica pero la diferencia es que esta no tiene agujeros de ningún tipo y como mecanismo de sujeción se utiliza una pequeña hebilla. Clip Este tipo prácticamente esta echo con una sola pieza que tiene algunas partes dobladas que encajan entre sí para lograr el cierre completo de la abrazadera. Debido a su rápida colocación y mon- taje se utiliza principalmente en aplicaciones industriales. Sin fin Estas abrazaderas también utilizan bandas con tornillos como me- canismo de sujeción, como característica principal es que estas tienen huecos que perforar la cinta. Alta presión Dentro de esta categoría podemos encontrar dos modelos diferen- tes las super y las supra, estas utilizan tornillos con tuercas hexa- gonales para un apriete fácil con diferentes herramientas.
