, junio del 2018 Departamento de Ingeniería Mecánica Título: Diseño de dispositivos para la fijación y desmontaje rápido de los módulos utilizados en el parque fotovoltaico de la UCLV. Autor: David Alejandro Echevarría Milia Tutores: Idalberto de la Caridad Mendoza Díaz Mario Alfonso Jiménez Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419 Dedicatoria A mis padres por educarme con todo el amor del mundo y hacer de mí, no solo un profesional, sino un hombre de bien. A mi hermano, ingeniero mecánico, por su ejemplo, su amor a la profesión y sus valores como ser humano. A Dayana y su familia por su amor y su apoyo incondicional en todos los momentos de mi vida y mi carrera. A mis sobrinitas Salet y Samanta, mis otros grandes amores. A toda mi familia por su cariño y colaboración. Agradecimientos A mis tutores Idalberto de la Caridad Mendoza Díaz y Mario Alfonso Jiménez por su sabiduría y ayuda incondicional. A todos los profesores que compartieron conmigo su tiempo, sus conocimientos y experiencias durante los cinco años de la carrera. A todas aquellas personas que hicieron posible, de una forma u otra, la realización de este trabajo de diploma. Resumen El trabajo consta de tres capítulos, en el primero se presentan las principales características de los paneles solares, sus módulos y los distintos tipos de estructuras utilizadas como soporte, también varias metodologías para el cálculo de la fuerza del viento sobre el panel completo. En el segundo capítulo, se explican los principios de funcionamiento de tres dispositivos propuestos para la fijación de los módulos simples de los paneles, capaces de garantizar un desmontaje rápido, mostrándose en los anexos los planos de ensamble y de piezas de cada dispositivo. En el tercer capítulo se presenta una metodología para el cálculo de las fuerzas que actúan sobre los dispositivos de fijación y su aplicación para las condiciones extremas de tormentas tropicales, también en esta parte se muestra los chequeos de Resistencia de los vástagos empleados en cada propuesta. Summary The work consists of three chapters, the first one presents the main characteristics of the solar panels, its modules and types of elements used as support, also several ways to calculate the force of the wind on the entire panel. The second chapter, explains the operating principles of three devices proposed for the fixation of the simple modules of the panels, capable of guaranteeing a quick disassembly, the extension in the annexes, the assembly plans and the pieces of each device. The third chapter present a methodology for the calculation of the forces that act on the fixation devices and their application for the extreme conditions of tropical storms, also in this part shows the Resistance checks of the stems used in each proposal. Índice Introducción ........................................................................................................................................ 1 Capítulo 1 ............................................................................................................................................ 3 1.1 Generalidades de los paneles solares ....................................................................................... 3 1.2 Principales componentes de los Paneles solares ...................................................................... 5 1.3 Paneles solares utilizados en Cuba ........................................................................................... 5 1.4 Ubicación de los generadores fotovoltaicos ............................................................................. 6 1.5 Orientación de los paneles solares. .......................................................................................... 8 1.6 Fuerzas que actúan sobre los paneles solares. ......................................................................... 9 1.7 Estructura soporte para paneles solares ................................................................................. 13 1.7.1 Clasificación de la estructura soporte según facilidad de orientación. ........................... 13 1.8 Ejemplos de sujeciones del panel a la estructura usadas actualmente en los Parques fotovoltaicos usados en Villa Clara, Cuba. .................................................................................... 16 1.8.1 Desventajas de los soportes vistos ................................................................................... 18 1.9 Fijación del mástil. Anclaje ...................................................................................................... 18 1.10 Estructuras utilizadas en Cuba .............................................................................................. 18 1.10.1 Descripción de la estructura del parque fotovoltaico de la UCLV “Marta Abreu” de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. ................................................................................................... 19 1.10.2 Descripción de la estructura soporte del Parque solar fotovoltaico Caguagua 1 y 2 de 6.9 MWp en total ...................................................................................................................... 20 Capítulo 2 .......................................................................................................................................... 23 2. Sistema de fijación del panel a la estructura ............................................................................ 23 2.1. Dispositivos para la fijación del panel a la estructura. ........................................................... 23 2.1.1 Propuesta 1: Dispositivo de fijación con excéntrica inferior ............................................ 23 2.1.2 Propuesta 2: Dispositivo de fijación con cilindro de posición. ......................................... 25 2.1.3 Propuesta 3: Dispositivo de fijación con excéntrica superior. ......................................... 27 2.2 Generalidades de todos los dispositivos ................................................................................. 29 Capítulo 3 .......................................................................................................................................... 31 3. Chequeo de resistencia de principales componentes de los dispositivos de fijación............... 31 3.1. Cálculo de las cargas del viento sobre los módulos individuales en los paneles. .................. 31 3.1.1 Metodología de cálculo de las cargas del viento sobre los módulos individuales. .......... 33 3.1.2. Aplicación de la metodología de cálculo. ........................................................................ 38 3.2. Chequeo de resistencia de los principales elementos: .......................................................... 40 3.2.1 Cálculo de la pretensión inicial para verificar los chequeos de resistencia ..................... 40 3.2.2 Chequeo de Resistencia ................................................................................................... 42 3.2.2.1 Chequeo de resistencia del dispositivo 1 .................................................................. 42 3.2.2.2 Chequeo de resistencia del dispositivo 2 .................................................................. 47 3.2.2.3 Chequeo de resistencia y deformación del dispositivo 3. ......................................... 49 Conclusiones: .................................................................................................................................... 52 Recomendaciones ............................................................................................................................. 53 Bibliografía ........................................................................................................................................ 54 1 Introducción En la actualidad el mundo se enfrenta a serios problemas energéticos debido al decrecimiento acelerado de las reservas de petróleo. Las causas pueden ser muchas, pero existen dos razones principales: aumento del consumo de energía eléctrica debido al constante crecimiento tanto del sector residencial como del sector industrial quienes son los que demandan la mayor cantidad de energía y el aumento del parque automotriz. Dicha circunstancia se agrava con el impacto medioambiental negativo provocado por la emisión de gases como el dióxido de carbono y el metano, ambos generados en la combustión de este material. En Cuba, desde el siglo pasado, se ha venido trabajando en la sustitución del petróleo por otras fuentes de energía menos contaminantes y más perdurables. En la actualidad estas acciones están políticamente orientadas por los “Lineamientos del Partido”, principalmente en los artículos 247, 135 y 253 de la Política Económica y Social en los que se expresan la necesidad de potenciar el aprovechamiento de fuentes renovables de energía, fundamentalmente, la utilización del biogás, la energía eólica, hidráulica, solar y otras. De estos lineamientos y sobre la base legal de la Ley 81 sobre Medio Ambiente, así como de estudios previos realizados, partió la decisión estatal de desarrollar un programa de instalación de paneles solares fotovoltaicos (PSF). [4] El Sistema Electroenergético Nacional (SEN) se encuentra desde el 2011 en una verdadera alfabetización solar, en la que están inmersos también los centros de Investigaciones como el de Energía Solar (CIES) de Santiago de Cuba, el de Estudios de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER) de La Habana y el Centro de Estudios Energéticos y Tecnologías Ambientales (CEETA) de Villa Clara, entre otros. Además, grupos industriales como EcoSol Solar, de COPEXTEL; la Sociedad Cubana para la Promoción de las Fuentes Renovables de Energía y el Respeto Ambiental, CUBASOLAR; entre muchas otras [27] Cuba cuenta hoy con más de 14 parques solares fotovoltaicos instalados. Para el presente año se propone construir nuevos parques fotovoltaicos en varias provincias, con lo cual se elevará a 77 MW la capacitad instalada en todo el país. 2 Este proyecto responde a la política aprobada por el Consejo de Ministros para ampliar y desarrollar las fuentes de energía renovables, con el propósito de alcanzar los 700 MW para el 2025, por lo cual se continúan realizando estudios para un mejor aprovechamiento de los rayos solares y las tecnologías a emplear en esas instalaciones. Entre las experiencias negativas relacionadas con el tema de los sistemas fotovoltaicos, se encuentra la lentitud en que se desarrolla el desmontaje de los paneles, cuando, por proximidad de tormentas tropicales o huracanes se orienta dicha acción. Considerando la posibilidad de buscar solución a lo anteriormente expresado y sobre la base de una solicitud a la dirección del CEETA se ha decidido desarrollar el trabajo que se presenta para el que se ha propuesto como objetivo principal: Diseñar tres variantes de dispositivos para la fijación a la estructura de los módulos utilizados en el parque fotovoltaico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, capaces de garantizar el desmontaje rápido de dichos módulos. Las principales tareas a desarrollar son:  Hacer una revisión bibliográfica relacionada con los temas de estructuras soporte de los paneles solares y los métodos de fijación de los módulos.  Proponer tres variantes de dispositivo para la fijación del módulo simple de los paneles utilizados en el parque fotovoltaico, capaces de propiciar un desmontaje rápido.  Realizar los planos de ensamble y de piezas de cada propuesta de dispositivo.  Chequear la resistencia en las zonas críticas de cada dispositivo propuesto. 3 Capítulo 1 1.1 Generalidades de los paneles solares La problemática ambiental contemporánea constituye un fenómeno que interesa a todos los seres humanos, las soluciones no pueden demorar, por tanto, son precisamente los sujetos los que deben desarrollar una mayor conciencia sobre el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales. En muchos países, y en Cuba en particular, se ha implementado como estrategia el uso de energías renovables para preservar el medio ambiente, destacándose entre estas técnicas la conversión directa de la energía solar en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico, utilizando como medio los “panales solares”. La energía solar fotovoltaica consiste en la conversión directa de la luz solar en electricidad, mediante un dispositivo electrónico denominado “célula solar”. La conversión de la energía de la luz solar en energía eléctrica es un fenómeno físico conocido como “efecto fotovoltaico”. Este fenómeno presenta características peculiares entre las que se destacan: elevada calidad energética, pequeño impacto ecológico e inagotable a escala humana. Entre sus aplicaciones más importantes se encuentran suministrar energía en emplazamientos aislados de la red (viviendas aisladas, faros, bombeos, repetidores de telecomunicaciones) o mediante instalaciones conectadas a la red eléctrica, que pueden ser de pequeño tamaño (instalación en vivienda individual) o centrales de gran tamaño. El material más utilizado para la fabricación de células fotovoltaicas es el silicio. Una célula fotovoltaica de silicio está compuesta por dos regiones para generar un campo eléctrico dentro de ésta. A la primera se le han sustituido algunos átomos de silicio por átomos de fósforo, que posee 5 electrones de valencia, uno más que el de silicio, quedando así un electrón libre. A la segunda en cambio se ha sustituido al silicio por átomos de boro, que posee 3 electrones de valencia, uno menos que el silicio, quedando un hueco disponible. De esta manera se logra que los electrones fluyan desde la zona tratada con fósforo hacia la zona tratada con 4 boro y los huecos fluyan de manera contraria produciéndose en la unión un campo eléctrico conocida como unión p-n. (figura 1.1) [22] Figura 1.1: Unión p-n. [22] En Cuba, la radiación solar alcanza unos 5 kWh/m2 diarios (1 825 kWh/m2 al año) [8], distribuida en todo el territorio nacional, por lo que se califica de buena comparada con otras regiones europeas en las que esta fuente tiene un alto nivel de aplicación. Según estimados de especialistas cubanos, con 100 km2 se pudieran generar 15 000 GWh/año, lo que se iguala con la generación actual a base de combustibles convencionales en las termoeléctricas convencionales. Estas instalaciones pueden ubicarse en terrenos, techos, cubiertas, bordes de autopistas, etcétera. En Cuba se han instalado más de 22MW en sistemas aislados en zonas remotas, lo que representa que más de 9 000 instalaciones prestan estos servicios con una alta repercusión social. La diversificación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red de los centros de carga en el modo de la generación distribuida, garantiza adecuados niveles de eficiencia energética. En la actualidad estas tecnologías se prevén para un ciclo de vida útil de 25 años, generando electricidad de forma eficiente, con capacidad para aprovechar el potencial solar disponible en todo el territorio, pudiendo aportar durante el ciclo de vida útil por cada MW de potencia un total de 38 750 MWh que representa un ahorro de más de 2,5 millones de USD solo por concepto de combustible, dejando de emitir 127 875 toneladas de CO2 a la atmósfera. Se ha demostrado que el costo del kWh fotovoltaico es menor que el kWh producido con combustibles fósiles, de acuerdo con los precios actuales de estos últimos. [8] 5 1.2 Principales componentes de los Paneles solares  Encapsulante: Material que protege las celdas dentro del panel, debe presentar un índice elevado de transmisión de la radiación y baja degradación por efecto de los rayos solares.  Cubierta exterior de vidrio templado: Permite que el panel resista condiciones climatológicas adversas y maximiza la transmisión luminosa, debe soportar cambios bruscos de temperatura.  Marco de metal: Se construye generalmente de aluminio lo que asegura rigidez y estanqueidad al conjunto. En él se encuentran mecanismos que permiten el montaje del panel sobre la estructura de soporte. (Figura 1.2) Figura 1.2: Componente de un panel solar [5] 1.3 Paneles solares utilizados en Cuba Existen diferentes tipos de paneles solares en función de los materiales semiconductores y los métodos de fabricación que se empleen. Actualmente los 6 paneles solares que pueden encontrarse en el mercado fabricados por la Empresa de Componentes Electrónicos “Ernesto Che Guevara,” ubicada en la occidental provincia de Pinar del Río, tienen las siguientes características [5]:  Celdas solares de alta eficiencia asegura un alto rendimiento del módulo solar y crear más poder en las horas pico.  Recubrimiento anti – reflejante y el vidrio de alta tasa de transmisión de aumento de potencia de salida y resistencia mecánica del módulo solar.  Marco anodizado resistente a la torsión y a la corrosión, asegura funcionamiento confiable, incluso a través de las duras condiciones climáticas.  Ligero y agujeros pre-perforados de montaje para facilitar la instalación.  Caja de conexión resistente al agua Tabla 1.1 Características mecánicas y eléctricas de un módulo fotovoltaico. Características Mecánicas Tipo de celda Poli- Cristalino 156×158 mm Matriz y numero de celdas 6 X 10 (60) Dimensiones 1640 X 990 X 40 mm Peso 18.5 kg Vidrio frontal 3.2 mm Vidrio Templado Marco Aleación de aluminio anodizado Ensamble Vidrio/EVA/Celdas/Eva/TPT Resistencia Caída de una bola de acero de 227g desde 1 m de altura y resistente al viento a una velocidad de 60 m/s. Características 250 W Paneles de estas características son los utilizados en todos los parques fotovoltaicos en la provincia de Villa Clara. 1.4 Ubicación de los generadores fotovoltaicos Salvo consideraciones particulares, como la integración arquitectónica, un generador fotovoltaico se debe montar en un lugar libre de sombras durante las 7 horas centrales del día, de manera que los módulos dispongan de la orientación y la inclinación adecuada. Existen cuatro formas fundamentales de ubicar los paneles. (Figura 1.3) 1. En el suelo. 2. En postes y/o torres 3. En paredes. 4. En el tejado. El montaje en el suelo presenta importantes ventajas, principalmente con relación al mantenimiento y a la acción del viento, ya que los módulos al estar a poca distancia del suelo no son tan afectados por la fuerza del viento. Es preciso, sin embargo, respetar una altura mínima con el fin de evitar que en caso de lluvias torrenciales el módulo sea tapado por el agua, lo que provocaría un importante deterioro, o también en el caso de nevadas por la propia nieve. Esta ubicación presenta el inconveniente de la fácil accesibilidad de personas ajenas a la instalación que podrían romper o incluso robar los paneles, por eso podemos encontrarnos instalaciones de paneles en el suelo rodeadas de cerramiento de malla metálica. El montaje sobre poste, mástil o torre está indicado en aquellos lugares en los que sea preciso evitar sombras de baja altura o bien que el terreno por ser escarpado no permita una instalación fácil y segura en el suelo. Se utiliza a menudo en los sistemas de alimentación a equipos repetidores de señal de televisión, sistemas de telemedida y control, etc. La implantación de este tipo de soporte no es recomendable para instalaciones excesivamente grandes que requieran una gran superficie de paneles. La colocación de paneles adosados a la pared mediante un sistema de garras suele ser una práctica normal en algunas zonas teniendo en cuenta que la pared elegida para situar el panel debe estar orientada al sur. La acción del viento queda disminuida ya que no puede incidir por la parte posterior y un viento frontal no hará más que ejercer una fuerza directa sobre los puntos de apoyo. 8 Los paneles suelen colocarse sobre el tejado o cubierta de los edificios con el fin de poder orientarlos fácilmente y evitar la ocupación de espacio, en algunos casos, por problemas de estética. El anclaje de los paneles sobre el tejado es preciso realizarlo cuidadosamente para evitar filtraciones bajo la cubierta. En algunos tejados no es fácil alcanzar la orientación e inclinación óptimas debido a su diseño y ubicación. [24] Entre los aspectos a considerar para seleccionar el lugar del montaje también se encuentra el área de trabajo necesaria para satisfacer el consumo que se requiera. En Cuba los más comunes son los identificados con los números 1 y 4. Figura 1.3: Lugares de montajes de los módulos solares 1.5 Orientación de los paneles solares. La orientación del panel es una de las decisiones que influye directamente en la eficiencia de la instalación, esta consiste en posicionar adecuadamente el panel solar con relación al astro rey. Este tema ha sido ampliamente estudiado en los últimos años. En Cuba los resultados más difundidos y los que a juicio del autor son los más aplicados en las instalaciones, son los presentados por Alejandro Pérez Llanusa [12], el cual sugiere una orientación hacia el sur y 15 grados con la horizontal, determinada por la mayor eficiencia en el aprovechamiento de los rayos solares. [12] 9 1.6 Fuerzas que actúan sobre los paneles solares. Evaluar las fuerzas actuantes sobre un panel solar permite obtener las cargas externas y con ellas aplicar alguna de las metodologías recomendadas con la finalidad de garantizar la resistencia y rigidez necesarias en cada una de las partes y en su conjunto. La fuerza del viento es la de mayor incidencia en estos cálculos. Esta ejerce sobre las placas fotovoltaicas una fuerza que puede dividirse en una suma vectorial de dos fuerzas, una arrastra el panel hacia la dirección del viento y la otra puede levantarlo hacia arriba o empujarlo hacia abajo (figura 1.4). El peor caso ocurre cuando el viento trata de levantar los paneles. Figura 1.4 Incidencia de la fuerza de viento en los paneles fotovoltaicos [14] Esta fuerza puede ser calculada por: F= Siendo: F: Fuerza ejercida perpendicularmente en la superficie del módulo N P: Presión del viento en N/m2 S: Superficie del módulo α: Inclinación del módulo fotovoltaico con respecto al plano horizontal 10 Existen varios métodos de obtener la presión del viento. Uno de los más simples es el presentado por el Dr.C Aarón Sánchez Juárez, profesor de la Universidad Nacional Autónoma de México [23]: p =0,005 v + 0,611 v2 N/m2 Siendo v la velocidad del viento en m/s El de mayor aplicación, según la bibliografía consultada, es el presentado en el Código Técnico de la Edificación, en el Documento Básico SE‐AE Seguridad Estructural Acciones en la edificación [9] Según este método, la acción del viento genera una fuerza perpendicular a la superficie de cada punto expuesto, o presión estática, pe que puede expresarse como: pe = pb · ce · cp N/m2 Siendo: pb la presión dinámica del viento. ce el coeficiente de exposición. cp el coeficiente eólico o de presión exterior. El valor de la presión dinámica del viento puede obtenerse con la expresión: pb = 0,5 · δ · v2 N/m2 Puede considerarse como densidad del aire δ = 1,25 kg/m3. El valor del coeficiente de exposición depende del entorno (efecto, por tanto, más local que el de la presión dinámica del viento) y puede obtenerse mediante la expresión: ce = f · (f + 7 k) Siendo f a su vez el grado de aspereza del entorno que se puede calcular mediante: f = k ln (max (z,Z)/L) 11 Siendo z la altura del emplazamiento y k, L, Z parámetros característicos de cada tipo de entorno, según tabla 1.2 Tabla 1.2 Coeficientes para tipos de entornos Grado de aspereza del entorno Parámetro k L (m) Z (m) Borde del mar o de un lago, con una superficie de agua en la dirección del viento de al menos 5 km de longitud 0,15 0,003 1,0 Terreno rural llano sin obstáculos ni arboleado de importancia 0,17 0,01 1,0 Zona rural accidentada o llana con algunos obstáculos aislados, como árboles y construcciones pequeñas 0,19 0,05 2,0 Zona urbana en general, industrial o forestal 0,22 0,3 5,0 Centro de negocio de grandes ciudades, con profusión de edificios en altura 0,24 1,0 10,0 El coeficiente eólico, cp puede ser de signo positivo para los casos de presión, o negativo para succión, que depende de la configuración de la construcción, de la posición del elemento y el ángulo a de incidencia del viento en la superficie. Relacionado con el tema de la presión del viento sobre los paneles solares, en Cuba, uno de los trabajos más actualizados es el presentado por el Dr.C Alejandro López Llanusa en el “Onceno coloquio de análisis, diseño y monitoreo estructural. En el mismo, el autor evalúa las presiones actuantes sobre un panel solar para obtener las diferencias que aparecen en sus reacciones de apoyo, a partir de variar el coeficiente de presión según las normas NBR 6123: 1988 (brasilera), CIRSOC 102 (Argentina), NC-285:2003, Eurocódigo 1-4: 2005 (europea), ASCE 7- 10 (estadounidense) y AS-1170.2: 2011 (australiana). También calcula estas reacciones a partir de los coeficientes de presión obtenidos mediante un ensayo en túnel de viento realizado sobre un modelo a escala reducida del panel en estudio y de los coeficientes que propone otro estudio internacional llevado a cabo en túnel de viento sobre una tipología semejante a la estudiada. 12 En su trabajo, López Llanusa consideró el panel soporte de los módulos solares como una estructura sobre la cual se apoya una placa plana inclinada a 15º con la horizontal, con arreglos de módulos solares rectangulares de 5040 mm x 5300 mm (figura 1.5). El arreglo cuenta con 20 módulos en una distribución 5 x 4 con pequeñas ranuras debido a la separación entre ellos de 20 mm. El mismo, se halla elevado sobre el nivel de terreno a 830 mm en la parte frontal y a 2200 mm en la parte posterior. Las pequeñas ranuras entre los laterales de los paneles solares no las considera significativas en la carga de viento con relación a las dimensiones del arreglo. Dicho de otra forma, considera el cuerpo como una placa rectangular plana inclinada inmersa en un flujo de aire Figura 1.5: Arreglos de los módulos solares fotovoltaicos. Las principales conclusiones del trabajo son: 1- Entre las normas, el empleo de los coeficientes de presión del Eurocódigo 1- 4: 2005 conduce a los mayores valores de reacciones. 2- En cuanto a los estudios en túnel de viento que el empleo de un valor global de coeficiente de presión, se aleja de la distribución de presiones que experimenta el panel dentro del flujo. Debido al ángulo de inclinación de 15º y un bloqueo φ = 0 (no existe bloqueo) los coeficientes de presión propuestos por el Eurocódigo 1- 4: 2005 son los que se muestran en la (figura 1.6). 13 Figura 1.6: Coeficientes de presión 1.7 Estructura soporte para paneles solares Generalmente, no es posible garantizar la orientación adecuada del panel cuando este es colocado directamente en el suelo o en el techo para ello es necesario el empleo de una estructura adicional. La principal función de la estructura soporte es propiciar las orientaciones definidas por los expertos para el panel solar, por lo que se debe garantizar, en su diseño y construcción, la suficiente resistencia y rigidez bajo la acción de las fuerzas actuantes. Por lo general consta de dos partes, el bastidor y el mástil. (Figura 1.7) 1.7.1 Clasificación de la estructura soporte según facilidad de orientación. 1- De orientación fija 2- De orientación variable o de seguimiento solar. Los de orientación fija son más empleados. Como su nombre lo indica, una vez montado el panel, su orientación es invariable. Existe una amplia gama de diseños de este tipo. En la (figura 1.7) puede apreciarse un ejemplo. 14 Figura 1.7: Partes principales de una estructura soporte del tipo fija. Lo ideal sería que los módulos dispusieran en cada momento de la orientación más adecuada, posibilitando la incidencia normal de la radiación. En los de orientación variable, se trata que el módulo disponga en cada momento de la orientación más adecuada, posibilitando la incidencia normal de la radiación Los tipos de seguimiento solar son: Seguimiento solar de altura El panel puede girar en torno a un eje horizontal colocado en la dirección Este – Oeste, lo que permite hacer un seguimiento diario de la altura del Sol. El parámetro que varía es la inclinación del generador FV. (Figura 1.8) Figura 1.8: Seguimiento solar de altura y azimut respectivamente 15 Seguimiento solar azimut El panel puede girar en torno a un eje vertical, perpendicular al plano de trabajo, lo que permite hacer el seguimiento diario del azimut del Sol. (Figura1.8). El parámetro que varía es el azimut o giro Este - Oeste del generador fotovoltaico. 1.7.2 Elementos de la estructura de orientación fija Bastidor: Estructura donde se apoya y fija el panel. Existen diferentes diseños, todos desarrollados con la finalidad garantizar la estabilidad del panel. Su posición con respecto al mástil garantiza la orientación del sistema. Son generalmente construidos de perfiles laminados. Los materiales empleados para su construcción pueden variar en función del tipo de perfil, ambiente al cual están sometidos, resistencia, etc. Los principales materiales utilizados son: - Aluminio. - Hierro. - Acero inoxidable. - Fibras de vidrio. Entre los aspectos a considerar en su diseño se encuentra la necesidad de garantizar la disponibilidad de espacio para la fijación del panel al bastidor. (Figura 1.9) Figura 1.9: Espacio entre los módulos solares 16 Mástil: Elemento o elementos (generalmente perfiles laminados o tubos) que unidos al bastidor por un extremo y a la superficie de apoyo (cubierta de techo, suelo, etc.) por el otro, definen la posición y orientación del generador. Se utilizan los mismos materiales que para los bastidores. Existen distintos diseños, incluso para los casos de orientación fija. Se debe aclarar que, en ocasiones fundamentalmente en paneles sobre techos, no se utilizan mástiles. 1.8 Ejemplos de sujeciones del panel a la estructura usadas actualmente en los Parques fotovoltaicos usados en Villa Clara, Cuba. Entre los aspectos a considerar en el estudio de los soportes se encuentra la forma de fijación a la superficie de apoyo del panel. En las figuras 1.9 - 1.13 se muestran distintos diseños de fijación del panel a la estructura. En la revisión bibliográfica no se han encontrado datos relacionados con la fuerza de fijación del panel a la estructura, ni del cálculo de dicho sistema de fijación. Figura 1.10: Sujeción del módulo a la estructura tipo z 17 Otros tipos de dispositivos de fijación: Figura 1.11: Otros tipos de soportes Figura 1.12: Anclaje Caguagua (1 y 2 respectivamente) Figura 1.13: Anclaje interior Caguagua (1 y 2 respectivamente) 18 1.8.1 Desventajas de los soportes vistos Todos los soportes mostrados anteriormente presentan una semejanza, su sistema de sujeción está formado por tornillos, por lo que en una situación extrema como el azote de huracanes, donde es necesario desmontar el parque fotovoltaico, se requiere una mayor cantidad de horas hombres para realizar esta tarea. 1.9 Fijación del mástil. Anclaje El anclaje consiste en la fijación de la estructura a la superficie o elemento de sustentación (suelo, tejado, fachada, etc.), con el fin de dotar a la primera de la resistencia y estabilidad necesarias para soportar las cargas máximas de viento. Uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta respecto a las estructuras son los puntos de apoyo, pues de ellos depende la solidez del conjunto. De nada sirve calcular una estructura que soporte vientos muy fuertes si no la afianzamos de forma segura al suelo, cubierta, etc. (Figura 1.14) [24] Figura 1.14: Acople de la pata de la estructura al cimiento 1.10 Estructuras utilizadas en Cuba Las estructuras fijas sobre terreno (figura 1.15) son las más ampliamente utilizadas en Cuba, no son las más eficientes, pero si las más baratas. Las mismas, suelen ser estructuras metálicas y con anclaje de hormigón debido a que los paneles hacen efecto vela y con las grandes superficies que abarcan se corre el peligro de vuelco. 19 Figura 1.15: Estructuras fijas sobre terreno En estas estructuras fijas las placas solares se agrupan formando mesas, regularmente de 2 a 5 paneles de ancho y de longitud variable según la forma de la parcela y la planta de distribución. Estas mesas están soportadas por los bastidores de acero o aluminio cuyo elemento básico es un entramado plano de vigas, normalmente con 1 o 2 pilares. 1.10.1 Descripción de la estructura del parque fotovoltaico de la UCLV “Marta Abreu” de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Este parque cuenta con una capacidad instalada de 1,1 MWp y 22 módulos por mesa. La estructura de una de las mesas (figura 1.16) consiste en un conjunto de vigas metálica con un ángulo de inclinación de 15˚ con respecto a la horizontal, orientadas hacia el Sur según se indica en el proyecto. Las mismas, están diseñadas con perfiles U de 80mm, angulares de alas iguales de 50mm, piezas conformadas de chapa de 2 mm de espesor y planchas de 3, 5, 6 mm de espesor, unidas por arandelas, tornillos y tuercas. Esta estructura está creada para soportar 22 módulos fotovoltaicos 20 Figura 1.16: Parque solar fotovoltaico de la UCLV Características técnicas: Largo general de la estructura 11290mm. Peso de la estructura 402.30kg. Módulos fotovoltaicos de 250 Wp 22 U (1640x990x40mm). Cada estructura de soporte cuenta con 8 abrazaderas tipo z y 40 tipos u, y cada una con un tornillo de cabeza hexagonal M8 lo que corresponde a 48 tornillo por cada estructura. 1.10.2 Descripción de la estructura soporte del Parque solar fotovoltaico Caguagua 1 y 2 de 6.9 MWp en total El Parque solar fotovoltaico Caguagua, se encuentra en el Km 10 de la carretera Circuito Norte, entre Sagua la Grande y Quemado de Guiñes. Este cuenta con dos sesiones, la número 1, ya construida y en operación de 2.2 MWp, y la número 2 en construcción de 4.4 MWp para un total de 6.9 MWp. Ambas están inclinadas con respecto a la horizontal 15 grados y orientadas hacia el Sur como corresponde. 21 Figura 1.17: Caguagua 1. Parque solar fotovoltaico Caguagua La sesión 1 (figura 1.17) es construida en China y presenta notables diferencias en cuanto a la número 2, como en los perfiles cuadrados y la otra es por angulares que soportan los paneles, los bloques de hormigón son cuadrados lo que significó un gasto mayor en cemento con respecto a Caguagua 2. (Figura1.18). La sesión 2 es similar a la montada en la UCLV Marta Abreu. El anclaje exterior del panel a la estructura también presenta notables diferencias, ya que Caguagua 1 cuenta con un sistema de grampa y la 2 un tornillo de mayor calidad, ya que este tiene menos partes y resulta más fácil el proceso de desmontaje. El interior, es decir entre paneles, si tienen presentan gran similitud. (Ver en figura 1.12). Figura 1.18: Caguagua 2. Parque solar fotovoltaico Caguagua La sesión Caguagua 2 presenta una desventaja, sus perfiles angulares (figura1.19) cuentan con huecos y no con ranuras, lo que no le da cierto grado de libertad para que las mesas de 22 paneles queden perfectamente alineadas (figura 1.20) lo que puede provocar sombra en una de las mesas disminuyendo la 22 eficiencia del parque, esto se debe a que el terreno y la profundidad del cimiento no es uniforme. Figura 1.19: Perfiles angulares Figura 1.20: Mesas desalineada 23 Capítulo 2 2. Sistema de fijación del panel a la estructura Debido a las condiciones en que trabajan, los sistemas fotovoltaicos se encuentran expuestos permanentemente a la acción directa de los vientos, por ello, cada uno de sus componentes (panel, estructura, elementos de fijación, etc.) son diseñados para soportar condiciones extremas de velocidades del viento. A pesar de lo anterior, en Cuba, durante el paso de tornados y huracanes estos sistemas han sufrido daños, en muchos casos, considerables: paneles rotos, o desprendidos, vigas torcidas, etc.; por ello se ha establecido como medida preventiva a aplicar, en caso de fase informativa por proximidad de eventos meteorológicos, el desmontaje de los paneles. La aplicación de esta medida ha tenido como principal dificultad la lentitud con que se realiza dicho desmontaje, debido fundamentalmente al sistema de fijación del panel a la estructura (unión roscada). Para contribuir a solucionar este inconveniente y a solicitud de profesores del Centro de Estudios Energéticos y Tecnologías Ambientales (CEETA) de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, se presenta a continuación por el autor, tres variantes de acción rápida para la fijación del panel a la estructura. La intención es fabricarlas, montarlas y evaluarlas en condiciones naturales de trabajo, para posteriormente con el criterio de los usuarios, definir la de mejor resultado. 2.1. Dispositivos para la fijación del panel a la estructura. 2.1.1 Propuesta 1: Dispositivo de fijación con excéntrica inferior Principio de funcionamiento. (Figura 2.1) El principio de funcionamiento viene dado por una excéntrica o leva (2) que es un elemento mecánico que está sujeto al vástago (3) mediante el pasador (1) por un punto que no es su centro geométrico, sino un alzado de centro. El giro de la leva alrededor del eje hace que el perfil o contorno de la excéntrica mueva una pieza conocida como seguidor (4). Lo que desplaza a un punto más bajo al eje o vástago central (3), provocando un apriete o fuerza vertical en la brida (8). Su cierre viene dado por la misma leva o excéntrica cuando pasa su punto más alto o 24 eje central provocando un cierre seguro y efectivo. El cilindro hueco (5) sirve de guía al vástago. El resorte (9) mantiene al vástago central (3) alzado cuando la leva (2) está abierta o en su punto más bajo, permitiendo deslizar los paneles sin interferencias, la chapa (10) es la encargada de mantener mediante tornillos el dispositivo fijo a la viga (figura 2.1) El tornillo (7) cumple con dos objetivos: 1. Dar un apriete inicial de 15 N.m en el primer montaje del dispositivo cuando el vástago (3) se encuentra en la posición 1 de máximo apriete y el panel se encuentre colocado en su posición de trabajo, después ajustar la tuerca (6) para seguridad. 2. Regular el tornillo (7) en caso de que se esté utilizando otro tipo de panel. Figura 2.1. Sistema de fijación con excéntrica inferior. 25 Figura 2.2 Ensamblaje del dispositivo a la viga En la figura 2.2 se muestra la propuesta de montaje del dispositivo a la estructura soporte. El dispositivo va fijado al perfil (13) conformado (U62 x 41,3 x 2,5) mediante dos tornillos (11) M8 y dos tuercas hexagonales delgadas (12), tambien se observa el montaje de los paneles (14) sobre dicho dispositivo. En el anexo 1 se muestran los planos de ensamble y de piezas de la propuesta número 1. 2.1.2 Propuesta 2: Dispositivo de fijación con cilindro de posición. Figura 2.3 Sistema de fijación mediante cruceta 26 Principio de funcionamiento. (Figura 2.3) Este dispositivo consta de un cilindro hueco (2), (figura 2.3) con dos zonas de asentamientos o ranuras de distintas dimensiones en su parte inferior, giradas 90o con ejes que se interceptan con el vertical del cilindro hueco. También cuenta con un vástago (1) que puede rotar y desplazarse verticalmente por dentro del cilindro. La rotación alrededor de la vertical del vástago lo sitúa (con ayuda de la cruceta, parte inferior) en una de las ranuras del cilindro garantizando con ello alcanzar el un punto más bajo o más alto de la brida de fijación (8), posición 1 o 2 respectivamente. El resorte (4) tiene como función mantener el vástago (1) tensado. La arandela (5) permite que el resorte se mantenga en la posición deseada y no interfiera con la tuerca (6) que tiene función de contratuerca, la chapa (3) es la encargada de mantener mediante tornillos el dispositivo fijo a la viga. El tornillo (7) cumple con dos objetivos que son: 1. Dar un apriete inicial de 15 Nm en el primer montaje del soporte cuando el vástago (1) se encuentra en la posición 1 de máximo apriete y el panel se encuentre colocado en su posición de trabajo, después ajustar la tuerca (6) para seguridad. (Figura 2.3) 2. Regular el tornillo (8) en caso de que se esté utilizando otro tipo de panel más ancho o estrecho. Figura 2.4 Apriete de un tornillo de potencia En la figura 2.4 se observa el ¨desarrollo¨ de la leva, en la que se puede distinguir una diferencia de altura de 5 mm entre las posiciones 1 y 2, suficiente para mantener el panel en el estado deseado, fijo o suelto. Como se observa en la figura 2.5, el dispositivo va fijado con tornillos (8) y tuerca (9) a la viga. Además, se observa la fijación de los paneles (11) mediante la brida. 27 Figura 2.5 Dispositivo 2 fijado al perfil conformado. En el anexo 2 se muestran los planos de ensamble y de piezas. 2.1.3 Propuesta 3: Dispositivo de fijación con excéntrica superior. Figura 2.6 Dispositivo 3 con excéntrica superior 28 Principio de funcionamiento. (Figura 2.6) Igual al mencionado en el primer sistema, el funcionamiento viene dado por una excéntrica (6) que está sujeto al vástago (1) mediante el pasador (7) por un punto que no es su centro geométrico, sino un alzado de centro. El giro de la excéntrica (6) hace que esta mueva la pieza conocida como brida (5), desplazándola a un punto más bajo, provocando un apriete o fuerza vertical en esta. Su cierre viene dado por la misma leva o excéntrica cuando pasa su punto más alto o eje central provocando un cierre seguro y efectivo. (Ver en figura 2.6) A B C D Figura 2.7 Fijación del dispositivo a la viga El sistema de fijación viene dado por la pieza tipo U (2) que tiene un ancho de 20mm pensado a propósito para colocarla en el lugar seleccionado según la distribución de los paneles a través del perfil (8) conformado (U62 x 41.3 x 2.5) y girandola posteriormente como se muestra en la figura 2.7 A y B El muelle (4) apoyado en la chapa (3), ver figura 2.7 B, con la pieza tipo U (2) en su lugar, funciona como un sostén para que la brida (5) se mantenga siempre en su punto más alto, no permitiendo interferencias al deslizar el panel (9). En la figura 2.7 C y D se observa el ensamblaje del dispositivo con los paneles (9) y la viga (8) que los sostiene. En el anexo 3 se muestran los planos de ensamble y de piezas. 29 2.2 Generalidades de todos los dispositivos Los dispositivos cuentan como elemento principal de fuerza con una leva que permite fijar el panel de forma segura y como segunda función, no menos importante, posibilita hacerlo de forma rápida y fácil, protegiendo así el parque fotovoltaico en caso de situaciones anormales como el azote de los huracanes. Las piezas de los dispositivos están compuestas en su mayoría de una aleación de aluminio 4032-T6 que tiene como características y usos del general:  Buenas características de maquinabilidad.  Excelente acabado superficial  Alta resistencia al desgaste y mecánica  Baja expansión térmica Este material es utilizado principalmente en cilindros de freno, válvulas de transmisión, piezas de copiadora, bujes para sistemas de dirección de piñón y cremallera, dispositivos de grabación de sonido, rodamientos y aplicaciones hidráulicas, pistones forjados. Otros materiales utilizados son el acero normalizado AISI 4340, aleación de aluminio 1060. Diferencia entre los soportes Los dispositivos 1 y 2 cuentan con una fijación a la estructura por tornillos y tuercas, por lo que resulta necesario solicitar previamente al suministrador del perfil conformado (U62 x 41,3 x 2,5), usado en estos casos, que estos vengan con las ranuras pre elaborada. No ocurre lo mismo en el dispositivo 3 quien con su abrazadera tipo U que le permite deslizarse por toda la estructura agilizando el montaje lo que le da una clara ventaja. Otra diferencia notable entre los dispositivos 1 y 2 con respecto al 3 es que estos cuentan con tornillos (posición 7 en figuras 2.1 y 2.3) lo que facilita su ajuste en caso que se precise usar otro tipo de panel (más estrecho o más ancho). Esta facilidad se alcanza en el dispositivo 3 ranurando el vástago central a diferentes medidas, solicitándolo previamente a la fábrica. En los dispositivos 1 y 2 es necesario aplicar la soldadura para la unión de distintos elementos, lo que no es necesario en el dispositivo 3. 30 La tecnología para la obtención de la excéntrica del dispositivo 2, es menos compleja que la utilizada para las excéntricas de los dispositivos 1 y 3, no siendo así para la obtención del vástago central. El número de piezas de los dispositivos 1, 2 y 3 son 10, 8 y 7 respectivamente A manera de resumen, el dispositivo 1 es el menos recomendable considerando el número de pieza y la complejidad en la elaboración de la excéntrica; le sigue el dispositivo 2 atendiendo a que el número de piezas es menor que en el 1 y la obtención del vástago; siendo el dispositivo 3 el más recomendado por el autor. 31 Capítulo 3 3. Chequeo de resistencia de principales componentes de los dispositivos de fijación. 3.1. Cálculo de las cargas del viento sobre los módulos individuales en los paneles. La energía fotovoltaica presenta bajos costos de operación y mantenimiento, su inversión inicial es considerable; por lo que se hace necesario preparar las estructuras para que resistan las cargas del viento durante su vida útil. La determinación de la fuerza del viento sobre la estructura juega un papel fundamental, donde una serie de factores como el área de exposición, la velocidad y dirección del viento y la inclinación del panel, tienen que considerarse cuidadosamente. El área de exposición al viento: El panel es un arreglo rectangular de módulos solares, con dimensiones de D x B (figura 3.1), considerado para los cálculos como una placa plana inclinada un ángulo α con la horizontal. El arreglo de i módulos con una distribución dnxbm y con pequeñas ranuras, debido a la separación entre ellos, de “s” (no se muestra), se encuentra elevado sobre el nivel de terreno a una altura h en la parte frontal y H en la parte posterior. Las pequeñas ranuras entre los laterales de los paneles solares no son significativas en la carga de viento con relación a las dimensiones del arreglo. Figura 3.1 Arreglo rectangular de módulos solares La velocidad del viento: Tiene un efecto directo sobre las cargas aplicadas a los paneles, ver V10 en epígrafe 1.2. En Cuba los valores máximos son los que se generan durante las tormentas locales y los huracanes. En la tabla 3.1 se presentan los valores de vientos máximos definidos por el Instituto de Meteorología para los Huracanes [11]. 32 Tabla 3.1. Clasificación de los huracanes según la escala de Saffir-Simpson (Ciclones Tropicales) Categorías Presión central Vientos máximos sostenidos (km/h) Surgencia de tormenta (m) 1 980 118 – 153 1,0 – 1,7 2 965 – 979 154 – 177 1,8 – 2,6 3 945 – 964 178 – 209 2,7 – 3,8 4 920 - 944 210 - 250 3,9 – 5,6 5 <920 >250 >2,6 Dirección del viento: El viento ejerce sobre las placas fotovoltaicas una fuerza F que puede dividirse en dos componentes, una paralela a la superficie del panel, Ft, (figura 3.2) y otra perpendicular, Fn, esta puede levantar el panel hacia arriba o empujarlos hacia abajo. El peor de los casos ocurre cuando el viento trata de arrancar hacia arriba los paneles. Figura 3.2. Componentes del viento sobre el panel. La componente que actúa perpendicular a la superficie mayor de la placa es la considerada en los cálculos propuestos en el presente trabajo. La inclinación del panel con la horizontal, α, se define por conceptos de obtener la mayor cantidad posible de rayos solares, pero tiene un efecto importante en las componentes de la fuera del viento. Considerando lo representado en la figura 3.2. y En estudios realizados anteriormente, para Cuba, debido a su latitud geográfica se recomienda una inclinación de las placas planas de unos 15º con la horizontal 33 [12]. En la actualidad, en otros países, se montan paneles verticalmente en las paredes de los edificios. 3.1.1 Metodología de cálculo de las cargas del viento sobre los módulos individuales. En la revisión bibliográfica realizada no se localizó documento alguno que mostrara de manera organizada el cálculo de la fuerza del viento sobre los elementos de fijación de los módulos individuales, para solucionar dicha problemática se propone la siguiente secuencia de trabajo: I. Determinación de la presión del viento. II. Determinación del efecto de la carga del viento en los puntos de fijación de un módulo en particular. III. Cálculo de las cargas en cada uno de los puntos de fijación. I. Determinación de la presión del viento La presión del viento a considerar en los cálculos de las fuerzas actuantes sobre la estructura, se determinan por la ecuación 1 que responde a los planteamientos de la norma cubana [20] (1)  Donde q10 es la presión básica de viento y se puede calcular por: (2) Siendo V10 la Velocidad característica del viento para un período básico de recurrencia y a una altura de 10 m sobre el terreno, (m/ s). Según la NC, Zona I: región más occidental hasta la provincia de Villa Clara incluida, la presión básica de viento q10 = 1,3 kN/m2; Zona II: la región desde Sancti Spiritus hasta Camagüey: q10 = 1,1 kN/m2; Zona III: Para la región oriental: q10 = 0,9 kN/m2  Ct es el coeficiente de recurrencia Afecta la presión básica para 100, 50, 25, 10 y 5 años de período de recurrencia. El coeficiente de recurrencia Ct correspondiente a un tiempo de recurrencia de 50 años es 1,00. 34  Cs es el coeficiente de topografía o sitio que se selecciona de la tabla 3.2. Tabla 3.2. Coeficiente de sitio [20] Topografía Coeficiente de sitio Sitio normal 1,00 Sitio expuesto 1,10  CH es el coeficiente de altura, se obtiene de la tabla 3.3 Tabla 3.3. Coeficiente de altura [20] Tipo de terreno Altura (m) 0 a 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A 0,80 1,00 1,25 1,42 1,56 1,67 1,77 1,86 1,95 2,02 2,09 B 0,48 0,65 0,88 1,05 1,20 1,32 1,43 1,53 1,62 1,71 1,79 C 0,19 0,30 0,47 0,62 0,75 0,87 0,98 1,08 1,18 1,28 1,49 -Terreno Tipo A: Son terrenos abiertos (llanuras, costas, orillas de lagunas, presas, etc.). También en terrenos con obstáculos y edificaciones que no superen los 10 m de altura. -Terreno Tipo B: Terrenos cubiertos con obstáculos y edificaciones que superen los 10m de altura. -Terreno Tipo C: Los centros de grandes ciudades, en los que al menos el 50 % de las edificaciones, tengan una altura superior a los 22 m o más.  Cr es el Coeficiente de ráfaga se selecciona de la tabla 3.4. Tabla 3.4 Coeficiente de ráfaga [20] Tipo de terreno Altura (m) <10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A 1,22 1,18 1,14 1,12 1,10 1,09 1,08 1,07 1,06 1,06 1,05 B 1.46 1.36 1.28 1.24 1.21 1.18 1.17 1.15 1.14 1.13 1.12 C 1,9 1,72 1,54 1,44 1,38 1,32 1,3 1,27 1,24 1,22 1,21  CrA coeficiente de reducción de área, se determina de acuerdo a la figura 3.3. 35 Figura 3.3. Coeficiente de reducción. [20]  Cf es el Coeficiente de forma (presión). Depende de la configuración de la construcción, de la posición del elemento y el ángulo a de incidencia del viento en la superficie. Puede considerando la estructura de módulos fotovoltaicos como una marquesina, no tiene ningún cuerpo debajo, no se considera el efecto de bloqueo. Para elementos con área de influencia entre 1 m2 y 10 m2, el coeficiente de presión exterior se puede obtener mediante la tabla 3.5. A, B y C indican las diferentes zonas de influencia de la superficie. Se considera φ = 1 cuando está totalmente bloqueado y φ = 0 cuando no existe bloqueo. La tabla 3.5 fue copiada del Eurocódigo considerando recomendaciones de Pérez Llanusa [12] Para el caso de estudio φ = 0. Según figura 3.4, la zona C es la más desprotegida, por tanto, la hipótesis más conservadora es tomar este valor como válido para el conjunto de la cubierta a estudiar. Los valores positivos y negativos representan presión y succión respectivamente. 36 Figura 3.4 Coeficiente de presión exterior Tabla 3.5. Coeficiente de presión exterior Coeficiente de presión exterior Cf Pendiente de la cubierta α Efecto del viento hacia Factor de obstrucción φ Zona (según figura) A B C 0° Abajo 0≤φ≤1 0,5 1,8 1,1 Arriba 0 -0,6 -1,3 -1,4 Arriba 1 -1,5 -1,8 -2,2 5° Abajo 0≤φ≤1 0,8 2,1 1,3 Arriba 0 -1,1 -1,7 -1,8 Arriba 1 -0,6 2,2 -2,5 10° Abajo 0≤φ≤1 1,2 2,4 1,6 Arriba 0 -1,5 -2,0 -2,1 Arriba 1 -2,1 -2,6 -2,7 15° Abajo 0≤φ≤1 1,4 2,7 1,8 Arriba 0 -1,8 -2,4 -2,5 Arriba 1 -1,6 -2,9 -3,0 20° Abajo 0≤φ≤1 1,7 2,9 2,1 Arriba 0 -2,2 -2,8 -2,9 Arriba 1 -1,6 -2,9 -3,0 25° Abajo 0≤φ≤1 2,0 3,1 2,3 Arriba 0 -2,6 -3,2 -3,2 Arriba 1 -1,5 -2,5 -2,8 30° Abajo 0≤φ≤1 2,2 3,2 2,4 Arriba 0 -3,0 -3,8 -3,6 Arriba 1 -1,5 -2,2 -2,7 37 Nota: La norma brasileña, NBR 6123:1988 (NBR6123, 1988) define las cubiertas aisladas como cubiertas que se encuentran sobre un soporte ligero y por esto no constituye un obstáculo significativo al flujo del aire, la acción del viento es ejercida directamente sobre la cara superior e inferior de la cubierta. II. Determinación del efecto de la carga del viento en los puntos de fijación de un módulo en particular. ll.1. Cálculo de la fuerza resultante. La fuerza del viento aplicada a uno de los módulos (Fp) puede calcularse por: (3) AP- Área de exposición al viento de un solo módulo. q- Presión del viento sobre el módulo. Área de exposición: Los módulos son elementos rectangulares de dimisiones . El área de exposición al viento se calcula por: (4) Donde a y l son el ancho y el largo del módulo. La presión del viento, p, se toma de los resultados obtenidos en el paso 1. Es una buena práctica considerar la recomendación dada “seleccionar la zona más desprotegida”. Se selecciona p = q II.2. Cálculo de las cargas en cada uno de los puntos de fijación. Consideraciones: - La fuerza Fp se considera aplicada en el centro del módulo - Se utilizan 4 puntos de fijación de estos módulos a la estructura, en una distribución como la que se muestra en la figura 3.5 Aplicando el método de reducción de fuerzas; en cada punto se obtiene una Fuerza P y un Par Mf. En la figura 3.6 se pueden apreciar las representaciones de M1x y M1y (componentes del par MF) solamente en el punto 1. En los otros 3 puntos la fuerza y el par se comportan de forma similar. 38 Figura 3.5 Método de reducción de fuerza en el panel Figura 3.6 Cargas aplicadas en uno de los puntos de fijación de un módulo. Analíticamente: (5) (6) (7) (8) 3.1.2. Aplicación de la metodología de cálculo. I. Determinación de la presión del viento Según la metodología propuesta (1) 39 Según NC: 285-2003, q10 = 1.3 kN/m2 para la provincia de Villa Clara, por lo tanto, sustituyendo en la ecuación (2) Sobre la base del resultado anterior se recomienda entonces el desmontaje de los paneles para vientos mayores de 164 km/h.  Ct coeficiente de recurrencia Según recomendaciones para un periodo de hasta 50 años Ct=1,00.  Cs coeficiente de topografía De la tabla 3.2 según la fuente NC: 285-2003, Cs=1  CH coeficiente de altura De la tabla 3.3, como el parque se va a instalar en un edificio en terrenos cubiertos con obstáculos y edificaciones que superen los 10m de altura, CH=0,65  Cr Coeficiente de ráfaga De la tabla 3.4 considerando 10m de altura y terreno tipo B, Cr= 1,36  CrA coeficiente de reducción de área De acuerdo a la figura 3.3 y recomendación de López Llanusa [12], CrA = 1  Cf es el Coeficiente de forma (presión). Para el caso de estudio φ = 0 y una Pendiente de la cubierta α=15°. Según figura 3.4 y tabla 3.5, la zona C es la más desprotegida por lo que, Cf = -2,5 Entonces sustituyendo en la ecuación (1) II. Determinación del efecto de la carga del viento en los puntos de fijación de un módulo en particular Dimensiones del panel: Ancho = 990 mm Largo = 1640 mm 40 Sustituyendo en la ecuación (4) Sustituyendo q y Ap en (3), se calcula la fuerza Fp aplicada por el viento sobre el panel III. Calculo de las cargas en cada uno de los puntos de fijación Considerando P1 la fuerza en uno de los puntos de fijación, según ecuación (5): Por simetría en la disposición de los puntos 1, 2, 3, 4 con respecto al punto de aplicación de Fp: 3.2. Chequeo de resistencia de los principales elementos: Para el chequeo de resistencia es necesario conocer el efecto de la carga del viento, determinada en el epígrafe anterior y la pretensión inicial que se alcanza como resultado del apriete. Los dispositivos que actúan en los puntos 3 y 4 están tensionados el doble ya que resisten la fuerza del primer módulo y la del segundo por lo que la carga del viento se tomará igual a: Siendo estas las condiciones más severas y por lo tanto tomadas para el chequeo de resistencia. 3.2.1 Cálculo de la pretensión inicial para verificar los chequeos de resistencia En los dispositivos de fijación con tornillos usados actualmente para sujetar los paneles se les aplica un torque de 15 N.m en su máximo apriete, conociendo esto se procedió a aplicar la ingeniería inversa para calcular cuánta fuerza axial actúa sobre los elementos de fijación para tenerlos en cuenta a la hora de realizar los cálculos de resistencia en los dispositivos. Según los cursos de Mecánica Teórica : 41 (9) Donde: W – axial en el tornillo Q– fuerza circunferencial – ángulo de fricción –ángulo de la hélice (10) Donde: T- torque aplicado dmed- diámetro medio. (11) – coeficiente de rozamiento. (12) s- paso Según datos de montaje [25] y las normas de tornillo [17] T=15Nm =1,25 mm =0,3 Entonces: Considerando como la suma de la fuerza de presión del viento y la que ejerce el tornillo de fijación, ambas calculadas anteriormente. 42 3.2.2 Chequeo de Resistencia Los cálculos de resistencia aplicados a continuación han sido desarrollados sobre la base de los cursos de Resistencia de los Materiales [1] 3.2.2.1 Chequeo de resistencia del dispositivo 1 En el dispositivo 1 las partes más débiles son: en el vástago la zona del agujero de 5mm, la unión roscada y el pasador que une la leva con el vástago central. Atendiendo a esto se procede a su verificación. (Figura 3.7) Figura 3.7 Vástago central dispositivo 1 Chequeo del tornillo En el caso analizado, la resultante de las fuerzas externas actúa perpendicular al plano de la unión traccionando los pernos y su punto de aplicación, coincide con el centro geométrico de la unión. En el plano de la unión no actúan cargas cortantes (Q=0). 43 Dadas estas características se ha seleccionado para su chequeo la metodología propuesta en el curso de Elementos de Máquinas [3] donde se ha demostrado, mediante gran cantidad de pruebas de tracción en barras cilíndricas roscadas, que una varilla sin roscar, cuyo diámetro es igual al valor medio del diámetro de paso y del diámetro menor de la rosca tiene la misma resistencia a la tracción que la varilla roscada. El área transversal del elemento sin roscar se llama área de esfuerzo de tracción del elemento roscado. Así, el tornillo se calcula como una barra sometida a tracción: (13) Donde y Tabla 3.6 Características de las roscas métricas [3] D(mm) t At 6 0.5 24.0 0.75 22.0 1 20.1 8 0.5 44.5 0.75 41.8 1 39.2 1.25 36.6 Sustituyendo en la ecuación (13) para tornillo M6 clase 9.8 y considerando P0 = Nt (Resiste a tracción) La cabeza del tornillo está sometida a cortante y flexión y los hilos de rosca a cortante, aplastamiento y flexión. Se puede demostrar, que para las condiciones de carga crítica de tracción del tornillo, la resistencia de la cabeza del tornillo a cortante se garantiza si su altura . De esta forma se garantiza aproximadamente igual resistencia en la rosca y en el cuerpo del tornillo, es decir, si el cuerpo del tornillo no falla a tracción, la rosca tampoco fallará. En el caso analizado, para el tornillo M6, K= 5,5 mm según [17] 44 Por otra parte K1 = 0,64d Por lo tanto, se cumple la condición de que K≥ K1 5,5 >3,84 resiste Tabla 3.7. Especificaciones mecánicas para pernos, espárragos y tornillos de acero [3] Clase de resistencia (A.B) Intervalos de tamaño (Mpa) (Mpa) (Mpa) Material Marca de cabeza 4.6 M5÷M36 225 400 240 Acero de mediano o bajo carbono 4.8 M1,6÷M16 310 420 340 Acero de mediano o bajo carbono 5.8 M5÷M24 380 520 420 Acero de mediano o bajo carbono 8.8 M16÷M36 600 830 660 Acero de mediano o bajo carbono templado y revenido. 9.8 M1,6÷M16 650 900 720 Acero de mediano o bajo carbono templado y revenido 10.9 M5÷M36 830 1040 940 Acero martensitico de bajo carbono templado y revenido 12.9 M1,6÷M36 970 1220 1100 Acero de aleación, templado y revenido Resistencia mínima última a la tracción: Resistencia de fluencia mínima a la tracción: Resistencia límite mínima a la tracción: Chequeo del vástago  Zona roscada En esta zona debe cumplirse que: 45 (14) Dónde: Ar – Área de la sección transversal del vástago en la zona roscada P- Fuerza de tracción aplicada sobre el vástago – Tensión admisible del material del vástago Considerando P=8007,44 N y = 380 N/mm2 aleación de aluminio 4032-T6 Sustituyendo en (14) = 21,07 mm2 Por otra parte (15) Considerando D= 10 mm (diámetro exterior del vástago) y Dm = 5,355 mm Sustituyendo en (15) = 56 mm2 Como Ar > 21,07 mm2 entonces la zona roscada del vástago resiste la fuerza de tracción. Condición de resistencia de área debilitada por el agujero. Material aleación de aluminio 4032-T6 con E=79000 y  Resistencia a la tracción (16) (17) 46 σ Se cumple la condición Chequeo del pasador  A cortante Material: acero normalizado AISI 4340 con y (18) (19) Considerando Q=Nt (20) = 333 resiste  Chequeo de aplastamiento  ap ap ap A P    dnAap (21) Dónde: Aap = Área de aplastamiento. 47 n´ = Número de áreas de aplastamiento que coincide con el número de elementos pasantes. apA ap =133,45      2ap  ap = 2 = 380 133,45 380 resiste al aplastamiento 3.2.2.2 Chequeo de resistencia del dispositivo 2 En el dispositivo 2 la zona más débil es el extremo roscado del vástago. (Figura 3.8) Chequeo del tornillo Datos Material – aleación de aluminio 4032-T6 Carga aplicada – 8007,44 N Figura 3.8 Vástago central dispositivo 2 Desarrollo de los cálculos: Siguiendo las mismas consideraciones que en dispositivo 1: (13) 48 Donde Sustituyendo en la ecuación (13) para tornillo M6 clase 9.8 y considerando P0 = Nt (Resiste a tracción) La cabeza del tornillo está sometida a cortante y flexión y los hilos de rosca a cortante, aplastamiento y flexión, por lo tanto, en el caso analizado, para el tornillo M6, K= 5,5 mm según [ 17] Por otra parte K1 = 0,64d Cumpliéndose la condición de que K≥ K1 5,5 >3,84 resiste Chequeo del vástago  Zona roscada En esta zona debe cumplirse que: (14) Considerando P=8007,44 N y = 380 N/mm2 aleación de aluminio 4032-T6 Sustituyendo en (14) = 21,07 mm2 Por otra parte (15) Considerando D= 12 mm (diámetro exterior del vástago) y Dm = 5,355 mm Sustituyendo en (15) = 90,5 mm2 Como Ar > 21,07 mm2 entonces la zona roscada del vástago resiste la fuerza de tracción. 49 3.2.2.3 Chequeo de resistencia y deformación del dispositivo 3. En el dispositivo 3 las partes más débiles son: en el vástago la zona del agujero de 5mm y el pasador que une la leva con el vástago central ver figura 3.9. Atendiendo a esto se procede a su verificación Chequeo de resistencia Material aleación de aluminio 2024-T4 con E=79000 y Figura 3.9 Vástago central dispositivo 3 Condición de resistencia de área debilitada por el agujero.  Resistencia a la tracción Sustituyendo en (16) 50 resiste a tracción  Chequeo de rigidez Considerando que en dispositivo no existe un tornillo de ajuste, se hace necesario obtener la deformación longitudinal del vástago para compararlo con el desplazamiento de la leva. ΔL (21) (22) (23) Considerando = 0,31 mm 0,31 mm cumpliéndose la condición de rigidez Chequeo del pasador  Chequeo a cortante 51 Material acero normalizado AISI 4340 con y Sustituyendo en (19) el número y las áreas de cortante. =333 resiste a cortante  Chequeo de aplastamiento  ap ap ap A P   Sustituyendo en (21) el área de aplastamiento y el número de áreas de aplastamiento que coincide con el número de elementos pasantes del dispositivo 3 tenemos que: apA Entonces: ap = 133,45      2ap  ap = 2 = 380 133,45 380 cumple con la condición de aplastamiento 52 Conclusiones 1- Existe abundante bibliografía relacionada con los parques fotovoltaicos, en las mismas se pueden apreciar diferentes diseños de soportes, sin embargo, todos los sistemas de fijación de los módulos son del tipo roscado y no garantizan un rápido desmontaje. En ningún caso, se muestra el cálculo de las fuerzas aplicadas a estas uniones producto de la acción del viento, ni sus cálculos de resistencia y rigidez. 2- En los anexos 1, 2 y 3 se presentan los planos de ensamble y de piezas de tres dispositivos capaces de garantizar el rápido desmontaje de los módulos solares utilizados en el parque instalado en la UCLV. El identificado como número 3 es el que menor número de piezas presenta, cuenta con una abrazadera tipo U que le permite deslizarse por toda la estructura agilizando el montaje y la tecnología de obtención de sus partes es la menos compleja. 3- En el chequeo de Resistencia de los componentes de los dispositivos se pudo comprobar que todos resisten las cargas de trabajo. Para ello, se tomó como valor extremo una velocidad del viento de 45,6 m/s. Para el cumplimento de esta tarea fue necesario desarrollar y aplicar una metodología para el cálculo de la fuerza externa aplicada sobre el dispositivo de fijación. 53 Recomendaciones En el primer montaje de los dispositivos 1 y 2 poner la leva en su máximo apriete y con una llave torque apretar hasta 15 N.m el tornillo que ajusta las bridas para lograr un apriete óptimo; o solicitar a la empresa de fabricación de los dispositivos que los entregue ya calibrados según el tipo de panel que se está usando en el parque. Para utilizar en un segundo montaje usar normalmente el mecanismo de la leva y comprobar aleatoriamente el apriete. 54 Bibliografía 1. Beer P., Johnston R. Mecánica de materiales/Editorial McGraw-Hill/ 1993. ISBN, 9789586001274 2. Beer P., Johnston R. Mecánica Vectorial para Ingeniero/--9ed: Editorial McGraw-Hill/Interamericana de España; S.A.U; 2001; ISBN-10:0-07-29 7687-x 3. 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NC 02-01-04 Sistema único de documentación de proyecto (1978) 16. NC 02-01-05 dimensiones de los formatos básicos y disposición de los cajetines A, B, C 17. NC 06-43 Norma de SUDP (Sistema Único de Documentación de Proyecto), Tornillos 18. NC 06-60 Norma de SUDP (Sistema Único de Documentación de Proyecto), Tuerca 19. NC 06-65 Norma de SUDP (Sistema Único de Documentación de Proyecto), Arandela 20. NC-285:2003 2003 Norma Cubana: Carga de viento. Método de cálculo. 21. Rodríguez Hernández O., Corugedo Méndez A.; Dibujo Aplicado para Ingeniero/t I y II/Editorial Pueblo Y Educación,1986 22. Romero, J. Análisis del funcionamiento de paneles fotovoltaicos y su utilización en las regiones de la costa y sierra del Ecuador. Caso de estudio:Biblioteca Pompeu Fabra de Mataró Universitat Politécnica de Catalunya. 2015. 23. Sánchez Juárez A. ¨Estructuras para módulos. Centro de Investigación en Energía. 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Cont. Nor: Rev. Cont.Téc Elab. FechaFirmaNo. Notif.Cant.Mod. Fi rm a y fe ch a N o in ve nt . D Su st itu ye a : Fi rm a y fe ch a Cant de hojas: N o in ve nt . O .T . Echevarria A A 5 1 7 1 A-A ESCALA 1 : 1 3 2 4 9 8 6 S1- 00 - PE UCLV S1 - 00 - PE 11 Soporte 1 Plano de ensamblajeEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No. Ensamblaje in- ferior S1- 01- 00 UCLV ESPECIFICACIÓ TÉCNICA FO RM A TO ZO N A PO SI C IÓ N CÓDIGO DENOMINACIÓN C A N TID A D OBSER- VACIO- NES 1 2 3 4 5 6 7 DOCUMENTACIÓN A4 S1-01-00 ENSAMBLAJE INFERIOR PIEZAS A4 1 S1-01-01 CILINDRO 1 28.40g A4 2 S1-01-02 CHAPA DE FIJACIÓN 1 20.02g Hoja No.:Etapas de elaboracion Aprob. Cont. Nor: Rev. Cont.Téc Elab. FechaFirmaNo. Notif.Cant.Mod. Fi rm a y fe ch a N o in ve nt . D Su st itu ye a : Fi rm a y fe ch a Cant de hojas: N o in ve nt . O .T . Echevarria 2 1 2 1 soldar solo en la parte inferior soldar solo en la parte inferior 48.42g S1-01-00 S1- 01 - 00 UCLV 11Plano de ensambleEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Ensamblaje inferior M22x1.5 5 8 5 6 2 0 16 + 0, 02 7 0 11 22 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. 20.40g Rz40 2.5 S1-01-01 S1- 01 - 01 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No. Cilindro 8 R11 5 1 2, 50 2 0 10 50 70 8. 5 lo s 2 a gu je ro s 22 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT141. Chapa de fija- ción 20.02g Rz40 S1-01-02 S1- 01 - 02 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboracion Hoja No.: 25 5 + 0, 01 8 0 1 1, 5 2.5 7 26 12 + + 0,043 0,016 B B R6 40° 24 R1 R 1 7,60 29 20 5 61° 1 ,8 6 B-B REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS PO IT 141. 24.73g Rz40 S1- 00 - 01 UCLV S1 - 00 - 01 11 Leva PLANO DE PIEZAEchevarria 2:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No. ALEACIÓN DE ALUMINIO 4032-T6 5 -0 0, 01 8 26 Requisitos técnicos Biseles no indicados 0.5x451. 1.25 S1-00-02 Acero normalizado AISI 4340 Plano de piezaEchevarria 2:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas: Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboracion Hoja No.: 1 1 S1-00-02 Pasador UCLV 3.99g 6 0 4 5 5 + - 0,0060,006 2 0 1 05 16 - 0 0,018 12 - 0 0,036 10 3 0 5 4,50 M6 R5 2. 5 2. 5 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. 26.62g Rz40 S1-00-03 S1- 00 - 03 UCLV 1 111 1 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Vástago cen- tral 26 M22 x 1.25 A A 2 3 3 1 5 12 + 0,043 0 A-A 20 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. 14.98g Rz40 S1- 00 - 04 S1- 00 - 04 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 2:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas: Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Tuerca de cilin- dro 2 7 3 2 6 ,6 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. LONGITUD DEL ALAMBRE 78 MM2. ACABADO SUPERFICIAL : PAVONADO3. TRATAMIENTO TÉRMICO : REVENIDO BAJO4. S1-00-05 S1- 00 - 05 UCLV 11Plano de piezaEchevarria 2:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboracion Hoja No.: Resorte ACERO 60C2A 5.39g 6 1 2 20 35 10 113° 6, 5 4 0 2 0 40 20 Rz40 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS PO IT 141. ELIMINAR LOS FILOS AGUDOS2. 35.92g S1-00-06 S1 - 00 - 06 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Brida Soporte 2 UCLV S2-00ESPECIFICACIÓN TÉCNICA 1 1 FO RM A TO ZO N A PO SI C IÓ N CÓDIGO DENOMINACIÓN C A N TID A D OBSER- VACIO- NES 1 2 3 4 5 6 7 DOCUMENTACIÓN A3 S2-00-PE PLANO DE ENSAMBLE UNIDADES ENSAMBLADAS A4 1 S2-01-00 ENSAMBLAJE INFERIOR PIEZAS A4 2 S2-00-01 VÁSTAGO CENTRAL 1 25.13g A4 3 S2-00-02 RESORTE 1 9.62g A4 4 S2-00-03 BRIDA 1 35.92g ARTÍCULOS NORMALIZADOS 5 ARANDELA 7.15X20 NC06-65 1 6 TUERCA HEX. M6 NC 06-60 1 7 TORNILLO CAB. HEX M6X40 NC 06-43 1 Hoja No.:Etapas de elaboracion Aprob. Cont. Nor: Rev. Cont.Téc Elab. FechaFirmaNo. Notif.Cant.Mod. Fi rm a y fe ch a N o in ve nt . D Su st itu ye a : Fi rm a y fe ch a Cant de hojas: N o in ve nt . O .T . Echevarria 7 6 5 4 1 3 2 1 3333 S2 - 00 - PE UCLV S2 - 00 - PE 11 Soporte 2 Plano de ensamblajeEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboracion Hoja No. Ensamblaje inferior ESPECIFICACIÓN TÉCNICA UCLC S2 - 01- 00 1 1 FO RM A TO ZO N A PO SI C IÓ N CÓDIGO DENOMINACIÓN C A N TID A D OBSER- VACIO- NES 1 2 3 4 5 6 7 DOCUMENTACIÓN A4 S2-01-00PE ENSAMBLAJE INFERIOR PIEZAS A4 1 S2-01-01 CHAPA DE FIJACIÓN 22.42g A4 2 S2-01-02 LEVA 37.33g Hoja No.:Etapas de elaboración Aprob. Cont. Nor: Rev. Cont.Téc Elab. FechaFirmaNo. Notif.Cant.Mod. Fi rm a y fe ch a N o in ve nt . D Su st itu ye a : Fi rm a y fe ch a Cant de hojas: N o in ve nt . O .T . Echevarria 1 2 1 2 solamente soldar por la parte inferior de la union solamente soldar por la parte inferior de la union 59.75g S2 - 01 - 00 S2 - 01 - 00 UCLV 1 111 1Plano de ensambleEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Ensamblaje in- ferior 20 2 0 8.5 lo s 2 agujero 10 1 2, 50 50 30 R15 20 70 35 17 12 2 0 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. 22.42g Rz40 S2- 01 - 01 S2 - 01 - 01 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Chapa de fi- jación 2 5 112° 23 27 30 R5 149° 13 20 2 0 R7 3 2 2 6, 6 R6 + 0,015 0 1.25 REQUISITOS TÉCNICO DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. 37.33g 2.5 S2 - 01 - 02 S2 - 01 - 02 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Leva 1 5 3 0 12 48 70 12 -0 0, 02 2 M 6 32 25 Cabeza hexagonal de radio inscrito 5mm 2.5 2. 5 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. 25.13g Rz40 S2 - 00 - 01 S2 - 00 - 01 UCLV 1 111 1 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Vástago cen- tral 2,50 3 0 8 6 ACERO 60C2A 9.62g REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. LONGITUD DEL ALAMBRE 76 MM2. ACABADO SUPERFICIAL : PAVONADO3. TRATAMIENTO TÉRMICO : REVENIDO BAJO4. S2 - 00 - 02 Hoja No.: Etapas de elaboración Aprob. Cont. Nor: Rev. Cont.Téc Proy FechaFirmaNo. Notif.Cant.Mod. Fi rm a y fe ch a N o in ve nt . D Su st itu ye a : Fi rm a y fe ch a Cant de hojas: N o in ve nt . O .T . Dib. Masa Escala 2:1 Echevarria Plano de pieza 1 111 1 UCLV S2 - 00 - 02 Resorte 6 1 2 20 35 10 113° 6, 5 4 0 2 0 40 20 Rz40 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS PO IT 141. 35.92g S2 - 00 - 03 S2 - 00 - 03 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Brida Soporte 3 UCLV S3-00ESPECIFICACIÓN TÉCNICA FO RM A TO ZO N A PO SI C IÓ N CÓDIGO DENOMINACIÓN C A N TID A D OBSER- VACIO- NES 1 2 3 4 5 6 7 DOCUMENTACIÓN A3 S3-00-PE PLANO DE ENSAMBLE PIEZAS A4 1 S3-00-01 VÁSTAGO CENTRAL 1 27.75g A4 2 S3-00-02 BRIDA TIPO U 1 21.51g A4 3 S3-00-03 CHAPA 1 4.4g A4 4 S3-00-04 RESORTE 1 9.62g A4 5 S3-00-05 BRIDA 1 33.35g A3 6 S3-00-06 LEVA 1 36.37g A4 7 S3-00-07 PASADOR 1 5.37g Hoja No.:Etapas de elaboración Aprob. Cont. Nor: Rev. Cont.Téc Elab. FechaFirmaNo. Notif.Cant.Mod. Fi rm a y fe ch a N o in ve nt . D Su st itu ye a : Fi rm a y fe ch a Cant de hojas: N o in ve nt . O .T . Echevarria 1 1 6 4 3 2 1 7 5 138.41g S3 - 00 - PE UCLV S3 - 00 - PE 11 Soporte 3 Plano de ensamblajeEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No. 8 6, 2 + 0, 05 0 5 -0 0, 05 R2,50 + - 0,005 0,005 12 - 0 0,027 9 0, 2 R5 18 27.75g 2.5 S3 - 00 - 01 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. BISELES NO INDICADOS 0.50X45ª2. S3 - 00 - 01 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Vástago cen- tral 4 1 0 R2 en ambos la dos 1 6 R0,50 20 3 1 5 12 + 0, 04 3 0 34 1 0 17 2 0 20 21.51g Rz40 S3 - 00 - 02 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. S3 - 00 - 02 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 2:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Brida tipo U 15 5 3 0 1 5 12 + 0,043 0 7,50 20 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADASOR POR IT 141. BISELES NO INDICADOS 2X45ª2. 4.4g Rz40 S3 - 00 - 03 S3 - 00 - 03 UCLV 11 Aleación de aluminio 1060 Plano de piezaEchevarria 2:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Chapa 2,50 8 3 2 7 Resorte S3 - 00 - 04 Hoja No.: Etapas de elaboración Aprob. Cont. Nor: Rev. Cont.Téc Proy FechaFirmaNo. Notif.Cant.Mod. Fi rm a y fe ch a N o in ve nt . D Su st itu ye a : Fi rm a y fe ch a Cant de hojas: N o in ve nt . O .T . Dib. Masa Escala 2:1 Echevarria Plano de pieza ACERO 60C2A 1 111 1 UCLV S3 - 00 - 04 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. LONGITUD DEL ALAMBRE 79 MM2. ACABADO SUPERFICIAL : PAVONADO3. TRATAMIENTO TÉRMICO : REVENIDO BAJO4. 9.62g 35 20 40 10 11 3° 4 0 12 + 0,043 0 20 2 0 20 40 6 1 2 REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. 33.35g Rz40 S3 - 00 - 05 S3 - 00 - 05 UCLV 11 Aleación de aluminio 4032-T6 Plano de piezaEchevarria 1:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Brida 25 5 + 0, 01 8 0 1 1, 6 R1 R1 2.5 11,5 12 + + 0,049 0,006 35 B B R6 40° 20 26 30 5 61° 1 ,8 6 B -B REQUISITOS TÉCNICOS DIMENSIONES NO TOLERADAS POR IT 141. 36.37g Rz40 S3 - 00 - 06 UCLV S3 - 00 - 06 11 Leva Plano de piezaEchevarria 2:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No. Aleación de aluminio 4032-T6 5 -0 0, 01 8 35 REQUISITOS TÉCNICOS BISELES NO INDICADOS 0.5X45ª1. 5.37g 1.25 S3 - 00 - 07 S3 - 00 - 07 UCLV 11 Acero normalizado AISI 4340 Plano de piezaEchevarria 2:1 EscalaMasa Dib. N o in ve nt . O .T . Cant de hojas:Fi rm a y fe ch a Su st itu ye a : N o in ve nt . D Fi rm a y fe ch a Mod. Cant. No. Notif. Firma Fecha Proy Cont.Téc Rev. Cont. Nor: Aprob. Etapas de elaboración Hoja No.: Pasador Portada para trabajo de diploma FIMI.pdf (p.1-2) TRABAJO DE DIPLOMANA NO TOCAR(INDICE).pdf (p.3-67) 01.PDF (p.1) Hoja1 02.PDF (p.2) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo3 Vista de sección A-A 03.PDF (p.3) Hoja1 04.PDF (p.4) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo3 Vista de dibujo5 05.PDF (p.5) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo3 06.PDF (p.6) Hoja1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo3 07.PDF (p.7) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo5 Vista de sección B-B 08.PDF (p.8) Hoja1 Vista de dibujo1 09.PDF (p.9) Hoja1 Vista de dibujo1 10.PDF (p.10) Hoja1 Vista de dibujo2 Vista de sección A-A 11.PDF (p.11) Hoja1 Vista de dibujo1 12.PDF (p.12) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 01.PDF (p.1) Hoja1 02.PDF (p.2) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo3 03.PDF (p.3) Hoja1 04.PDF (p.4) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo3 Vista de dibujo5 Vista de dibujo6 05.PDF (p.5) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo4 06.PDF (p.6) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo3 Vista de dibujo4 Vista de dibujo5 07.PDF (p.7) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 08.PDF (p.8) Hoja1 Vista de dibujo1 09.PDF (p.9) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 01.PDF (p.1) Hoja1 02.PDF (p.2) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo3 03.PDF (p.3) Hoja1 Vista de dibujo2 04.PDF (p.4) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 05.PDF (p.5) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 06.PDF (p.6) Hoja1 Vista de dibujo4 07.PDF (p.7) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo3 08.PDF (p.8) Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo5 Vista de sección B-B 09.PDF (p.9) Hoja1 Vista de dibujo1