Estudio CFD de las presiones de viento para optimizar el diseño de los paneles y reducir el tonelaje de acero de una central fotovoltaica.
Se realizó un estudio en profundidad de las presiones de viento sobre una central solar, con el objetivo de optimizar el diseño de los paneles y reducir el tonelaje de acero utilizado, respetando al mismo tiempo las exigencias locales. Gracias a la pericia CFD de EOLIOS, simulaciones avanzadas permitieron evaluar los esfuerzos ejercidos por el viento en distintas configuraciones.
Este análisis detallado permitió proponer soluciones a medida, garantizando una resistencia y una estabilidad óptimas de los paneles, optimizando al mismo tiempo el uso de los recursos y respetando las normas locales vigentes.
El estudio de las presiones de viento es una etapa crucial para mejorar la eficiencia de las centrales solares, reducir sus costes, asegurar su durabilidad y minimizar su impacto ambiental.
Lo esencial. Estudio CFD de las presiones de viento sobre una central solar en Montpellier : modelo de viento Eurocódigo EN 1991-1-4, geometría 3D fina de cada panel (pantallas aeráulicas), varias direcciones probadas para retener el escenario más crítico. Los coeficientes de presión y los esfuerzos globales alimentan un estudio mecánico que reduce el tonelaje de acero : ahorros y una menor huella de carbono, a igual resistencia.
El modelo de viento se apoya en la norma Eurocódigo 1 (EN 1991-1-4). Este enfoque permite determinar las solicitaciones máximas a las que estarían sometidas las estructuras en caso de viento fuerte, con el fin de dimensionar en consecuencia los componentes de la central y limitar los riesgos de daños por mal tiempo. El modelo tiene en cuenta la variabilidad del viento con la altitud, así como factores como la localización geográfica, la orografía local, los coeficientes de estación y de dirección, el tipo de terreno circundante y la intensidad de turbulencia.
Este modelo multifactorial garantiza resultados precisos y conformes a las exigencias reglamentarias. Para obtener una imagen completa de las cargas ejercidas por el viento sobre los paneles, se tuvieron en cuenta distintas direcciones de viento, lo que permitió identificar el escenario más crítico y adaptar el diseño de las estructuras.
Norma europea de las acciones del viento sobre las estructuras. Proporciona la velocidad de viento de referencia según la zona geográfica, la altitud, el terreno y la estación, el punto de partida normativo del dimensionamiento, que la CFD afina después.
Para garantizar simulaciones precisas, la geometría de cada panel se modelizó meticulosamente en 3D. Este enfoque reproduce fielmente la realidad teniendo en cuenta la posición de cada panel respecto a los demás, y permite analizar las pantallas aeráulicas formadas por su disposición, las zonas donde el viento es perturbado o frenado por la presencia de los paneles.
El efecto de abrigo que un panel ejerce sobre los situados detrás. La disposición en filas crea zonas protegidas y otras expuestas ; solo una geometría 3D completa lo capta, allí donde una fórmula genérica lo ignora.
Realizar un estudio CFD (mecánica de fluidos numérica) sobre una central fotovoltaica ofrece varias ventajas. La CFD permite un análisis detallado de los flujos de viento alrededor de los paneles, esencial para comprender los esfuerzos ejercidos sobre las estructuras y evaluar las solicitaciones mecánicas sobre los paneles y los componentes circundantes.
Si bien pueden obtenerse valores estándar aproximados para geometrías simples a partir de conjuntos de datos como el Eurocódigo 1, a menudo es necesario tener en cuenta una geometría más precisa, el impacto del número y la disposición de los paneles y otros parámetros propios del caso estudiado. El enfoque CFD permite comprender mejor la influencia de estos factores sobre los flujos y, por tanto, sobre las presiones generadas.
A recordar. La CFD no sustituye al Eurocódigo, lo precisa : al integrar la disposición real de los paneles, evita el sobredimensionamiento a tanto alzado y asegura un dimensionamiento lo más ajustado posible, con ahorro de material y de coste a igual seguridad.
Este estudio permitió obtener datos precisos sobre las presiones ejercidas en cualquier punto de las estructuras. Se generó una cartografía detallada de las presiones medias por zona, y se calcularon coeficientes de presión para cada zona, dando las variaciones de presión media en función de la velocidad de viento.
Se calcularon los esfuerzos globales ejercidos sobre cada estructura: los efectos de presión sobre las caras inferior y superior de los paneles se tuvieron en cuenta, se combinaron y se integraron sobre las superficies para obtener una fuerza global, cuyo punto de aplicación se determina, crucial para comprender cómo estos esfuerzos son absorbidos por los pies de los paneles.
Un número adimensional que relaciona la presión local sobre una superficie con la velocidad del viento. Una vez calculado por zona, da la presión para cualquier velocidad de dimensionamiento, sin relanzar un cálculo completo.
Gracias a los datos precisos sobre los esfuerzos y presiones, estudios mecánicos permiten optimizar el dimensionamiento de las estructuras: espesor óptimo de los soportes o de los pies, o número óptimo de pies, garantizando al mismo tiempo una rigidez suficiente para resistir las cargas inducidas por el viento.
Optimizando estos parámetros, se garantiza que la central es capaz de resistir los vientos más fuertes — por tanto la seguridad y la durabilidad de la instalación. Minimizando la cantidad de materia prima sin comprometer la solidez ni la funcionalidad, se realizan también ahorros significativos.
Esto se traduce en beneficios económicos para los explotadores, pero también en beneficios ambientales, reduciendo la huella de carbono asociada a los materiales utilizados.
Saber hacer: la presión del viento sobre los edificios — Eurocódigo 1Presión del viento, Eurocódigo y optimización estructural de una central solar.
El viento es la carga principal que solicita los paneles y sus soportes. Cuantificarla bien permite dimensionar las estructuras de la forma más ajustada : ni infradimensionadas (riesgo de fallo) ni sobredimensionadas (acero desperdiciado).
El Eurocódigo da valores aproximados para geometrías simples. La CFD tiene en cuenta la geometría real de los paneles, su número y su disposición (pantallas aeráulicas), para presiones mucho más representativas. Véase también el estudio de los vientos extremos sobre las centrales solares.
Un número adimensional que relaciona la presión local sobre una superficie con la velocidad del viento. Calculado por zona, da la presión para cualquier velocidad de dimensionamiento.
Al conocer con precisión los esfuerzos, el estudio mecánico optimiza el espesor y el número de pies de los soportes : lo justo para resistir, de ahí ahorros de material y una menor huella de carbono.
El viento extremo de referencia del Eurocódigo, probado en varias direcciones para retener el escenario más crítico. El enfoque CFD sigue siendo además una alternativa a las pruebas en túnel de viento.
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Estudio CFD del impacto del viento sobre una central solar: vientos extremos según el Eurocódigo y resistencia estructural de los paneles.
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