INGENIERÍA BÁSICA MEMORIA DE CÁLCULO
PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA DE 30 MW CON CONEXIÓN A LA RED UTA
MEMORIA DE CALCULO:
Cálculos de una estructura fija de 32 módulos. 1- Condiciones generales de trabajo Paneles : Sharp NUE235E1 Cantidad : 32 unidades Dimensiones : 1652x994x46 Peso : 20 kg Área : 1,65 m2
2- Condiciones Ambientales : Ambiente : Altipláno Chileno, 1325 m.s.s.m. Vientos : Velocidad máx. 20 m/s
3- Fuerzas y Cargas sobre la Estructura: a) Peso de los Paneles Peso total : Peso del panel x cantidad = 640 kg Área total: 1,65 m2 x 32 = 52,8 m 2 b) Peso de la Nieve : Según la Nch 431 of 77 no se consideran cargas de nieve. c) Fuerza del Viento : P = V2 / 16 (kg/ m2); P = 25 (kg/ m2) Donde V: velocidad del viento m/s. Angulo máximo máximo de inclinación del del panel = 45° Área total de superficies: Ápanel x 32 = 13,6 m 2 Fuerza del viento : Fv = P x Apanel Fv = 340 Kg
Cálculo de la Estructura :
Cálculo del Perfil A:
Para los cálculos de los diferentes perfiles se utilizará un acero A37-24, cuyo σrupt = 1400 (kg/cm2), considerando un factor de seguridad 3, se tiene que: σadm = 467 (kg/cm2)
Peso total sobre los perfiles A: P = 640 kg Peso sobre el perfil A: P = 160 kg Longitud del Perfil A: L = 1590 cm Esfuerzo de corte Máximo : A = P / σadm Área minima = 1,37 cm2 Del anexo se selecciona el perfil 50x25x3 mm. Peso Teórico Teórico : 2,12 kg/m kg/m Área : 2,70 cm2
I W
: 9,70 cm4 : 3,88 cm2
Cálculo del Perfil B:
Peso total sobre los perfiles B: P = 775 kg Peso sobre el perfil B: P = 193,75 kg Longitud del Perfil B : L = 320,3 cm Momento flector Máximo : Mfmax : 15534,55 kg x cm σadm = 467 (kg/cm2) W = M / σadm = 33,26 cm3 Perfil seleccionado seleccionado L 100x100x5 100x100x5 mm Peso Teórico : 7,53 kg/m Área : 9,59 cm2 W : 95,47 cm4 Y : 11,13 cm Centro de de Gravedad : c = 5 – y = 1,84 cm Esfuerzo de corte por flexión : σ = Mc / I = 300 (kg/cm 2) < σadm Cálculo de Columna :
Carga total vertical sobre la columna : P = 750 kg Carga vertical sobre cada columna : P = 93,75 kg Carga del viento sobre la columna: Fv = 340 kg Carga sísmica sobre la columna : Fs = 0,2 x P = 18,75 kg Longitud de cada columna : L1 = 150 cm L2 = 30 cm
Momento flector debido a la fuerza del viento : M = Fv x L + Fs x 2L/3 M1 = 51012,5 kg x cm M2 = 10212.5 kg x cm σadm = 1233 (kg/cm2) Torque debido a la fuerza del del viento T1 = 24706,25 kg x cm T2 = 4906.25 kg x cm Esfuerzo de corte por torsión en secciones rectangulares: T x( 3+1,8 a/b)/(ba2) T = torque b,a : lados ext.del tubo. τ=
donde
Momento resistente : W1 = M / σadm = 41,38 cm3 W2 = M / σadm = 8.28 cm3
Por diseño se selecciona un tubo cuadrado de: Ancho : 100 mm Espesor : 5 mm Peso Teórico : 14,41 kg/m Área : 18,36 cm2 I : 270,57 cm4 W : 54,11 cm3 R : 3,84 cm Como los esfuerzo de la columna 1 son mayores que las columna 2, y se elige para ambas columnas el mismo tubo cuadrado, entonces, se analizara solamente la columna 1. Reemplazando, se tiene c = 100/2 = 5 cm σ = 456,6 (kg/cm2) τ = 118,59 (kg/cm 2) 2 1/2 σmax = σ/2 +((σ/2)2 + τ ) σmax = 485,54 (kg/cm2) El esfuerzo máximo es menor que el esfuerzo admisible por el perfil elegido fue el correcto. Análisis de Pandeo por Jhonson para columnas cortas: σcrit. = ( π2 x E x α x r2) / L2 ;
donde :
Eacero = 2.1 x 106 (kg/cm2) ; r = (I / A)1/2 ; radio de inercia r = 3.84 cm ; α = 0,25 => σcrit = 3392.33 (kg/cm2) Pcrit = σcrit A = 62283.2 kg
Como P << Pcrit , la columna soporta el pandeo. Cálculo de la Placa Base :
Se considera un hormigón H25 el cual tiene un esfuerzo admisible de compresión de : σadmc = 250 (kg/cm2)
El esfuerzo de compresión debe cumplir con la siguiente relación : σadmc ≥ P / (b x h); b = h = ( P / σadmc)1/2 ; Carga total sobre la Placa base : P = 115,37kg Momento flector actuante en la Placa : Mf = 51012,5 51012,5 (kg x cm) hmin = 0,46 cm
[ √ ( ] L = * +*[ ( )
Área mínima de la placa base:
Donde:
Pc: Carga de compresión = 115,37 kg x: Factor dependiente de la tensión de trabajo de hormigón.
Para una tensión de trabajo de 35 (kg/cm2) => x=0,145 Pero h ≥ 20+2m ; a = m/2 donde m = 10 cm, h = 40 cm, a = 5cm, L = 13,67 cm Cálculo del espesor de la Placa : e = m * (3 * σadmc / σf ) )1/2 e = 2,74 cm Entonces las dimensiones de la placa base 400x400x30 mm.
Cálculo de los Pernos de Anclaje :
Según la norma chilena, el esfuerzo admisible para los pernos es de 1400 (kg/cm2), Carga total de la estructura : 116 kg. Momento actuante sobre los pernos : M = 51012,5 (kg x cm). Reacción de los pernos de anclaje : R = 318,84 kg Esfuerzo de corte en los Pernos de Anclaje : σ admc = Ft /A Ft = P +Pi ; Pi = T / μ μ = 0,45,
Ft = 824,54 kg Donde
Ft = fuerza de tracción de los pernos. μ = coeficiente de roce entre el acero y concreto.
Pi = fuerza para soportar la reacción. P = reacción vertical de la placa. Área mínima para los pernos : A = n * Apernos A = 0 ,6 cm2 n = 4 : número número de pernos pernos ; Apernos = 0,15 cm2 Por lo tanto el diámetro mínimo para los pernos de anclaje anclaje : Dmin = 4,37 mm. Por lo tanto se elige elige por cátalogo un diámetro para el perno de anclaje M10 M10 ( ver anexo), el perno a utilizar utilizar tiene las siguientes característica: característica: Diámetro = 8 mm Longitud total = 180 mm Longitud efectiva dentro de la fundición = 125 mm.
Cálculo de la Fundación :
Para determinar la altura mínima de la fundación de utiliza el método de R. Nonnast : H = (L +500) mm. Donde
L : Altura de perno de Anclaje.
H = 625 mm Momento de Volcamiento en la Fundación : Mv = 51012,5 (kg x cm). cm). 3 I = b * h / 12 Si:
b = 60 cm : ancho de la Fundición. H = 62,5 cm : altura mínima de la fundación, C= 31,25 cm : distancia a la fibra más lejana en la fundación. 1,306 kg/cm2) = 13060 (kg/m 2) σ = 1,306
El esfuerzo esfuerzo admisible del del terreno es 20000 (kg/m2) . Por lo que la fundación soportará bien el momento de volcamiento.
ANEXO
ANEXO
ANEXO
ANEXO