Tema: Calculo de fuerza del viento sobre la estructura

Hola,

alguien sabe de donde sale la fórmula:

F=PxSxSen(a)^2

donde
F= fuerza del viento sobre el panel
P=presion aire (Kg/m2)
S=superficie panel
a= angulo del panel respecto al suelo

en particular no entiendo porque se utiliza el Seno cuadrado yo utilizaría únicamente Sen (a).

Gracias y saludos.

Buenas,

Totalmente deacuerdo contigo

La presion que ejerce el viento sobre una estructura depende de la velocidad del viento al cuadrado, la densidad del aire, y otros parametros....

Pero una vez calculada esta fuerza, la variación con el ángulo es con el seno, no con el seno al cuadrado.

P = k · d · V^2 = [N/m]

K: un coeficiente (el que sea) adimensional

d: densidad del aire [kg/m^3]

V: velocidad del viento [m/s]

Ahora dependiendo de la superficie y del ángulo de inclinación :

F = P · S · sen(a)

F: fuerza ejercida [N]

S: superficie [m]

sen(a): seno del ángulo de los modulos


Aparte de esto, esfuerzos cortantes, de la estructura soporte habrá que hacer un diagrama de esfuerzos flectores.

Corregidme si me equivoco

Un saludo

Partiendo de:

f = vector horizontal de la fuerza
f1 = vector perpendicular al panel que está inclinado @

f=PxSxsen@
f1 es la componente más peligrosa al ser perpendicular y por trigonometría "f1=fxsen@" y sustituyendo el valor de f resulta "f1=PxSxsen@^2".

saludos

Buenas,

Perdona Eduardo, no lo veo. Yo creo que es asi:

F=f1 · sen(a)

Siendo f1=P·S



Disculpad la mala calidad del dibujo

Hola Eduardo y msn

e encontrado un dibujo y creo que muestra lo que dice eduardo.

Eduardo,
si lo he entendido bien, dices que la la componente del viento normal al panel es Sen(a) y además está la inclinación del panel que también es Sen(a), por lo tanto es lógico sen(a)^2

He entendido bién?

gracias y saludos.
Sunrise

Yo no lo veo así.

La fuerza horizontal se descompone en dos fuerzas

Una, que es paralela al eje, entonces no genera ningún momento flector

Y la otra, que es perpendicular a la posicion del panel, es la que genera el momento. Para obtenerla basta con multiplicar por el seno.

Y ese dibujo lo demuestra.


Un saludo chicos

hola chicos estoy haciendo la estructura soporte de los paneles para una cubierta e intentando justificar el cte.

he usado para la carga de viento sen(alfa) como demuestra el dibujo que habeis mandado.

he metido las cargas de viento y veo que no me cumple, alguien se ha encontrado con este problema?

Aqui se pelearon tambien con el eurocodigo de marras.
http://www.soloingenieria.net/foros/...pic.php?t=7626

hola estoy viendo el eurocódigo y no entiendo muy bien cómo se aplica alguno de vosotros ha probado con él.

saludos.

Buenas tardes a todos, soy nuevo en este foro y he llegado a él porque me interesa el tema de discusión que se trata.

Quiero calcular el contrapeso necesario para que el aire no se lleve las estructuras junto con las placas, ya que no puedo anclar las estructuras a la superficie del tejado.

He estado leyendo todo lo que comentáis y mi pregunta es la siguiente:

Habéis comentado la fórmula, en concreto msn,
P = k · d · V^2 = [N/m]
donde K es una constante, me podrías ayudar diciéndome qué valor tiene esa constante.

Gracias

Esta claro que F=P*S*sen(a), hay que tener en cuenta la abertura de salida del viento ya que incide directamente sobre la P (los golpes de viento o rachas, q es lo mas peligroso ).

El viento peligroso es que el que incide por la parte trasera, como cáculo de partida deberíamos asegurar la fila mas al norte de la instalación dado que actuará de parapeto sobre el resto de filas..

Si la altura de una fila de paneles es : h= longitud del panel x cos (a)-->y establecemos en la parte inferior una salida de vientos equivalente al 20% de h, reducimos P un 50%

Gracias Miguelon11 por ayudarme en este tema.

Me gusta esa solución de dejar un 20% libre para reducir la presión del viento.

Pero mi gran duda es como calcular la presión del viento. Si intento hacerlo usando el CTE es un verdadero lio.

Por otra parte se comenta en el foro que se puede calcular como P=k.s.v^2, siendo k un coeficiente adimensional.

¿Pero que valor tiene k?

Un saludo

Iniciado por Ximo08

Por otra parte se comenta en el foro que se puede calcular como P=k.s.v^2, siendo k un coeficiente adimensional.

¿Pero que valor tiene k?

Un saludo

Viendo la fórmula: "P=k s v^2" pienso q k debe ser un coeficiente aerodinámico resultado del cociente entre la velocidad de entrada del viento y la de salida, pero mejor q lo responda msn q es quien lo ha introducido...desde luego yo nunca he utilizado coeficientes aerodinámicos...(un panel no es un F1) . Se trata de impedir el impacto de las ráfagas o golpes de viento..fuertes y para ello que mejor que disminuir la P de entrada con una salida en la misma dirección .

Hola a todos,

He leído el post y no me queda claro, yo tengo una estructura de 20 y 60 grados, viento de 5m/s, 8 metros cuadrados de paneles. He preparado pesos de 30Kg para poner en la estructura, tambien esta collada al hormigon pero no muy profundo. Me gustaria poder estimar cuantos pesos tendria que poner, no es algo profesional pero me gustaria tener una idea para que soporte estos vientos sin peligro de que salgan volando los paneles.

Si alguien me puede indicar un poco las formulas y unidades me haria un gran favor.

Gracias y un saludo,

La presión dinámica es igual a la velocidad del viento al cuadrado por la densidad del aire y por una constante, como habeis comentado. Esa constante según el CTE es 0,5 y la densidad media del aire se puede considerar 1,25 kg/m3.

En cuanto a la velocidad no se puede poner la que se quiera, sino aquella que, según la norma, no puede tener una probabilidad de ser sobrepasada anualmente mayor de 0.02% lo cual hace que, estadísticamente, se alcance cada 50 años. Teniendo en cuenta que las instalaciones fotovoltaicas duran unos 40 años cada uno que interprete si ha de calcularla un poco más alta para que evitar algún tipo de problemas.

Esto es solo la presión dinámica pero para calcular las cargas que sufren hay que multiplicarla por unos coeficientes. Siguiendo el CTE la DB-SE-SE dice lo que a continuación cito:

La acción de viento, en general una fuerza perpendicular a la superficie de cada punto expuesto, o presión estática, qe puede expresarse como:

qe = qb • ce • cp

siendo:

qb = la presión dinámica del viento. De forma simplificada, como valor en cualquier punto del territorio español, puede adoptarse 0,5 kN/m2. Esto es lo que estais tratando hasta ahora pero como veis ahí no se acaba el cálculo.

ce = el coeficiente de exposición, variable con la altura del punto considerado, en función del grado de aspereza del entorno donde se encuentra ubicada la construcción. Una zona media con algunos obstáculos es de alrededor de 2. En la tabla 3.4 del documento DB-SE-AE vienen casos más detallados.

cp = el coeficiente eólico o de presión, dependiente de la forma y orientación de la superficie respecto al viento, y en su caso, de la situación del punto respecto a los bordes de esa superficie; un valor negativo indica succión.

Para el Coeficiente eólico asemejo la forma de una placa solar a la de una marquesina a un agua. En la tabla D.10 del Anexo D del DB-SE-AE vienen diferentes coeficientes dependiendo del ángulo de inclinación. La pega es que solo hay datos hasta 30 grados...

Los resultados de la presión estática estan en KN/m2 (teniendo en cuenta que la presión dinámica tb está en kN) por lo que si tienes tantos metros cuadrados de placas solo hay que multiplicar eso por el resultado

Iniciado por MIGUELON11

Viendo la fórmula: "P=k s v^2" pienso q k debe ser un coeficiente aerodinámico resultado del cociente entre la velocidad de entrada del viento y la de salida, pero mejor q lo responda msn q es quien lo ha introducido...desde luego yo nunca he utilizado coeficientes aerodinámicos...(un panel no es un F1) . Se trata de impedir el impacto de las ráfagas o golpes de viento..fuertes y para ello que mejor que disminuir la P de entrada con una salida en la misma dirección .

Entiendo que la constante equivale a 1/2, pues procede de la fórmula de la energía cinética del viento Ec=1/2*m*V^2.
La presión del viento es P=F/S (fuerza entre superficie)
Por otro lado Ec=F*L (energía=fuerza*desplazamiento), por tanto F=Ec/L
entonces P=Ec/L*S, como la velocidad es V=L/t entonces L=V*t
Sustituyendo en la expresión anterior la Ec y el desplazamiento L, tenemos que:

P=Ec/L*S= m*V^2/2*V*t*S=m*V/2*t*S
Ahora sustituimos la masa "m". Sabenos que la densidad es D=m/v (masa partido por volumen), por tanto m=D*v
la expresión anterior quedaría P=D*v*V/2*t*S
volumen es v=S*L, y L=V*t, por tanto v=S*V*t
por tanto P=D*S*V*t/2*t*S, se nos van la S y la t, quedando la expresión buscada:
P=(D*V^2)/2, o lo que es lo mismo k*D*V^2, siendo k=1/2

Espero haber ayudado. Un cordial saludo

Iniciado por sunrise08

Hola,

alguien sabe de donde sale la fórmula:

F=PxSxSen(a)^2

donde
F= fuerza del viento sobre el panel
P=presion aire (Kg/m2)
S=superficie panel
a= angulo del panel respecto al suelo

en particular no entiendo porque se utiliza el Seno cuadrado yo utilizaría únicamente Sen (a).

Gracias y saludos.

Sunrise08

El fluido (aire) en movimiento libre está a la presión atmosférica, pero además de esta presión, debido a su masa (que depende de la densidad) y a su velocidad, acumula energía cinética, concepto que aplicado a fluidos equivale más o menos a lo que se denomina "presión dinámica" (Pd) y que es intangible. Cuando una masa de fluido en movimiento se para al chocar con un obstáculo, parte o la totalidad de su presión dinámica se transforma en presión estática (Pe) que si es tangible porque genera fuerzas. Debido a este fenómeno sentimos el viento en la cara, los paneles se vuelan, los seguidores se tumban, en fin ...

La expresión de la presión dinámica de un chorro de fluido de densidad d y velocidad V es: Pd=1/2·d·V^2. De esta fórmula salen las presiones equivalentes de vientos según su velocidad que encontrarás en distintas fuentes.

Ahora piensa en un panel de área S con una inclinación a y orientado al sur al que le ataca aire en movimiento de velocidad V por donde más le duele, es decir, desde el norte. Siendo muy conservativo, en las peores condiciones posibles, suponiendo que el chorro de aire que incide se remansa (se para) totalmente (lo que no ocurre en la realidad), a éste le da igual que el panel esté inclinado o que se encuentre con una pared virtual cuya sección sea igual la proyección vertical del panel (A=S·sena). La presión estática que se generaría en estas condiciones sería igual a la presión dinámica que el chorro tenía antes de pararse, Pe=Pd=1/2·d·V^2. La fuerza que genera esta presión al aplicarla sobre la superficie de la pared virtual es F=Pe·A=1/2·d·V^2·S·sena. Como la pared virtual es vertical, la fuerza resultante al aplicarle la presión estática es horizontal. Ahora descompongamos esta fuerza horizontal en dos, una normal o perpendicular al panel (Fn) y otra paralela al mismo (Fp).

En teoría Fn es la que arranca la estructura de los anclajes y se lleva volando el panel y resulta ser Fn=F·sena=1/2·d·V^2·S·(sena)^2, que es la fórmula que no sabías de donde salía

También en teoría Fp es menos perjudicial por que actúa empujando el panel contra el suelo, por lo que no se suele tener en cuenta, y resulta ser Fp=F·cosa=1/2·d·V^2·S·sena·cosa.

Es un modelo como otros muchos. Al final, la normativa es la que manda.

Espero no haberte liado mucho.

Aprovecho para preguntar si alguien conoce o usa algún software de simulación para esto, cuál es, qué tal le va y si ha justificado algún proyecto con él.

Un saludo,

Derbyuser

Hola,

Llevo tiempo siguiendo este foro en general y el tema en cuestion no termino de entenderlo, hay algun maestro que me pueda desarrolar un ejemplo sobre los datos de un supuesto que facilito:

Inclinacion de los colectores= 45º

Supercficie instalacion 10 m2

Velocidad del viento 30 m/s

Cual sera la fuerza soportada F= P.S.Sen (a)

Un abrazo para todos
Solarra

REspuesta:

Primero se calcula la superficie PERPENDICULAR A LA FUERZA que es S`=S x Sen (alfa)

En segundo lugar, por medio de P=F/S --> F=P x S` (fuerza es presion por superficie)

F=P x S x Sen (alfa)

En tercer lugar, descomponemos la fuerza F1. F1 = F x Sen (alfa)

Introducimos los valores de fuerza F en la ecuación F1 =[P x S x Sen (alfa)] x Sen(alfa)

Si despejamos obtenemos F1 = P x S x Sen^2(alfa)

Si no estoy en lo cierto, que paren el mundo que yo me bajo.

Dejo una imagen del apartado del eurocodigo donde se define la marquesina y sobe todo, muy importante, los coeficientes globales que el CTE se los pasa por el forro. Así obtendríamos el Cp para luego poner en la formulita aquella del CTE, la (3.1)

qe = qb * ce * cp

http://www.solarweb.net/forosolar/at...1&d=1289333244

Ahora es para sorprenderse porque los esfuerzos que se deducen del CTE son muy superiores a lo que nos daba la clásica y añorada AE88. Es cierto que se quedaba justito en el cálculo pero es que ahora estamos sobredimensionando por exceso y muy por exceso.
Y ya no hablo de las cimentaciones. Antes había un único coeficiente de mayoración de momentos estabilizadores de 1,50, ahora con el CTE si no recuerdo mal se minorizan por 0,9 las acciones favorables y se mayorizan por 1,90 las desfavorables. De ahí que salgan unos pedruscos por losas de cimentación más propios de la cimentación de una nave industrial que de unas placas solares.

Efectivamente, los valores globales son para la estructura que soporta la marquesina, mientras que esos coeficientes locales, son para dimensionar la envolvente, es decir, las correas y la placa fotovoltaica.

Aunque te parezca una burrada, todo esto es debido a los fallos de colapso que han sufrido las actuales marquesina ejecutadas, sobre todo estaciones de servicios, y ahora se han curado en seguridad.

En algunos casos, casi se triplica con respecto a ya derogada y añorada AE-88.

Hola,

El tema de las cargas de viento no es tan simple muchas veces.

Las fórmulas que se manejan son realmente una simplificación pero los efectos aerodinámicos son bastante más complejos. Bajo ciertas condiciones, una placa plana frente a una corriente de aire se comporta como el perfil del ala de un avión (guardando las distancias). El cálculo de la presión que mencionáis sólo sirve en una de las "caras" de la placa, que es sobre la que incide el viento. Sin embargo, detrás de la placa se forman unos torbellinos de baja presión que hacen que el efecto sea mucho mayor. Por eso hay que sobredimensionar los valores del CTE... y por eso se caen algunas marquesinas (y recuerdo que en la carrera nos pusieron el caso de una cubierta de un estadio)

Para el que tenga interés, podéis echar un vistazo a esta página donde se describe el efecto. Si vais al vídeo de abajo, veréis una simulación por ordenador de este efecto en el perfil del ala de un avión, mostrando diversos valores (velocidad, turbulencia, etc). A la mitad del video (sobre el punto 0:55) veis en colores las presiones. En rojo, la alta presión sobre la zona de incidencia del viento, en azul la zona de baja presión detrás...

Un saludo

Hola a todos, mi problema es un pelin distinto, lo mio se trata de una instalación portátil, la estructura va encima de un remolque, y tengo que demostrar que no es posible que el remolque vuelque por accion del viento, alguna idea de como podría hacerlo?

Lo escribo aqui porque es lo mas parecido que he encontrado

Hola a todos.
He llegado a vosotros indagando sobre un problema que me ha surgido hoy.
Resulta que el tecnico del ayuntamiento no me autoriza a comenzar con la instalacion de las placas, hasta que no le entregue un calculo de cargas de la estructura. He llamado al proveedor de la misma, y me dice que es la primera vez que so lo piden, y que intentara ayudarme, aunque lo ve dificil.

La cosa es que no tengo ni idea de por donde tirar.
LA estructura es coplanar de la marca Renusol modelo VS+. se colocaran 3 lineas de 6 paneles. Sera en una cubierta de teja con una pendiente de 20% con orientadcion a 210º, y vientos predominantes de noroeste. Estara en la costa Vizcaina.

Como puedo conseguir ese calculo para cumplir con el tecnico y de paso asegurarme de que hago una instalacion con la seguridad de que no salga todo volando en uno de esos temporales del cantábrico

Siento entrar asi en vuestra discusión, pero es lo mejor que he encontrado en la web de largo.
saludos
Jose

Lo que te piden es muy normal cuando se montan antenas, por ejemplo, y se pide o se debería pedir con cualquier cosa que cuelgues/añadas a un edificio.

Se trata de calcular que el sistema anclaje que empleas aguanta una fuerza mayor o igual que la del viento.

Cualquier ingeniero te hace ese cálculo. Básicamente hay que calcular la fuerza que ejerce el viento sobre la superficie vertical en el caso más desfavorable (creo recordar que en la costa se toma un viento de 140 km/h).

Y a continuación demostrar que los anclajes que usas soporta una fuerza mayor que ese caso. Verás que no es problemático porque lo vas a poner coplanar y la altura de la placa son 4 cm...


Por otro lado se calcula el peso de lo que pretendes poner también en el caso más desfavorable que es cuando hay nieve (también está establecido la cantidad según zona geográfica). Sumas el peso de la instalación exterior (placas, estructura, cables, ...) junto con la nieve y has de garantizar que la estructura de la obra civil soporta una fuerza mayor o igual que ese peso.

Los ingenieros también tienen que vivir...

En el pasado hice cantidad de esos proyectos para antenas de telecomunicación por ejemplo. Es una especie de fiscalización del trabajo, es una garantía para ti como cliente, míralo así.