Dimensionamiento y fuerzas que actúan sobre las estructuras del suelo

El dimensionamiento de estructuras fotovoltaicas es un paso estratégico para garantizar la seguridad, el rendimiento y la viabilidad económica de los proyectos. Más allá de la simple definición de soportes metálicos, el proceso implica análisis estructurales avanzados, simulaciones por computadora y el estricto cumplimiento de las normas técnicas brasileñas.

Desde el diseño inicial hasta las pruebas de laboratorio, cada fase es crucial para garantizar que la estructura pueda soportar condiciones operativas reales, especialmente cargas de viento y tensiones mecánicas.

Durante la fase de diseño de una estructura fotovoltaica, se crea un dibujo básico que define todos los parámetros estructurales y comerciales a cumplir, como velocidad del viento, pendiente del terreno, distancia entre estacas, altura de paneles, latitud donde operará la estructura, entre otros.

A partir de este diseño básico se realiza una evaluación preliminar de los espesores, materiales y perfiles a implementar, y con esta información se realizará el modelado 3D de la estructura para iniciar el diseño estructural.

El 3D nos permite aplicar análisis estructurales como FEA y CFD, siendo FEA el análisis de elementos finitos que simula las deformaciones y tensiones máximas de los componentes individuales cuando se aplica una fuerza, vibración y otros efectos físicos.

CFD es un análisis de dinámica de fluidos asistido por ordenador, donde podemos calcular, a partir de la velocidad del viento y los ángulos de ataque, cuál será la presión y la turbulencia del viento, permitiéndonos optimizar los puntos de mayor impacto.

Enfatizo que todos los análisis y diseños deben cumplir con las normas brasileñas vigentes (NBR). Para el diseño de CFD, se utilizan las premisas de la ABNT NBR 6123, que, mediante sus factores S1, S2 y S3, permite calcular el viento estándar que se analizará en la simulación.

En las fases de diseño preliminar y final, se deben aplicar ciertos principios, como los aplicados en la norma ABNT NBR 6355, que define los principales tipos de perfiles estructurales de acero conformados en frío. Tras el análisis, las deformaciones deben cumplir con los parámetros de la norma ABNT NBR 8800, que aborda las deformaciones estructurales. Actualmente, no existe una norma específica para el diseño de estructuras fotovoltaicas.

Con los análisis iniciales realizados, los resultados se utilizan para optimizar las estructuras, por ejemplo, utilizando perfiles de menor espesor donde no haya tensiones acumuladas, reduciendo o aumentando la dureza del material estructural, utilizando perfiles que consuman menos acero como el perfil U, y así llegar a un resultado robusto y comercialmente viable, dado que el mercado solar hoy en día es muy especializado y competitivo.

Luego de todos los análisis y optimizaciones virtuales, la estructura es probada en laboratorio, donde se miden individualmente las tensiones y resistencias de cada pieza, además de ser probada en túnel de viento para analizar cargas reales, validando así todos los estudios y liberando la estructura para su venta comercial.

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