CAPITULO III. DISEÑO ESTRUCTURAL De Torre De Un Aerogenerador

CAPÍTULO III

DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA TORRE DE UN AEROGENERADOR DE 10 KW

3.1. INTRODUCCIÓN

La primera definición de Diseño que debemos conocer es la del Internacional Council of Societies of Industrial Design (I.C.S.I.D.); desde 1959 define el diseño como: “El arte de imaginar y crear cosas útiles capaces de satisfacer necesidades, manifiestas o latentes, del individuo o de la comunidad”.

La torre es uno de los componentes principales de los aerogeneradores de eje horizontal. Considerada de forma aislada, la torre representa un elemento convencional del aerogenerador, sin embargo su diseño estructural requiere un conocimiento general del funcionamiento del sistema.

En los capítulos anteriores se ha manejado un diseño conceptual que ha servido de base para realizar todos los cálculos y obtener las medidas ideales que sirven de punto de partida para el diseño y modelado de la torre utilizando un programa de cómputo.

En este capítulo se muestra el diseño y modelado de la torre del aerogenerador de 10 kw, mediante el uso del software llamado Catia V5.

3.2. ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO

Para la realización de este proyecto de residencia se debió considerar ciertos requerimientos necesarios para su diseño, considerando que la torre a diseñar esta propuesta para un aerogenerador de 10 kw, se toman en cuenta las características del mismo.

1. Después de analizar las configuraciones de torres disponibles para este tipo de aerogenerador se opto por elegir la Torre de Acero que mencionamos en el capitulo anterior, debido a la practicidad de la misma además de las propiedades que posee el acero.

2. La geometría de la torre será tronco-cónica, con diámetro creciente hacia la base, con lo que se pretende lograr un ahorro de material, así como una mejor estabilidad para soportar las cargas que actúan sobre ella.

3. La altura óptima se estima a los 20 metros teniendo en cuenta que el promedio del diámetro del rotor para aerogeneradores de esta potencia es de 8 metros y considerando que a mayor altura existe un mejor aprovechamiento del viento.

4. La torre será dividida en dos secciones la base con 0.60m de altura desde la cimentación y la otra con 19.4m de altura desde la base, se ha hecho de esta manera para facilitar su instalación así como para bajar o subir el aerogenerador ya sea utilizando un pistón hidráulico o con la ayuda de una grúa.

5. Las 2 secciones serán unidas mediante bridas y tornillos de sujeción para su fácil instalación así como para su desinstalación para desmontaje o mantenimiento del aerogenerador.

3.3. MODELADO

Como ya se ha mencionado anteriormente para modelar la torre del aerogenerador se opto por usar el software de CATIA V5. La ventaja principal de CATIA encima de una hoja de papel es que el objeto puede ser dado por el software en 3D y lo hace mucho más fácil para la operación del mismo y ver como las partes encajan en un conjunto. Los programas como el CATIA que diseñan pueden crear partes grandes hechas de muchos componentes pequeños. Este software puede unirse a ANSYS (Software de Análisis del Elemento Finito) el software que puede calcular la tensión en cada parte del componente, con grados variantes de tensión pintada con varios colores. Esto nos permite observar las áreas bajo las que existe la mayor tensión y rediseñar el componente para remitir las tensiones altas a otras áreas, lo cual nos ayudara en un futuro a cumplir nuestro objetivo inicial de nuestro proyecto.

CATIA (computer-aided three dimensional interactive application) es un programa informático de diseño, fabricación e ingeniería asistida por computadora comercial realizado por Dassault Systèmes. El programa está desarrollado para proporcionar apoyo desde la concepción del diseño hasta la producción y el análisis de productos.

En la Figura No. 3.1, observamos la pantalla inicial del programa el cual se sitúa por defecto en el modulo Product.

Figura No. 3.1. Software de diseño CATIA V5.

Para cambiar de modulo hacemos clic en menú Start. Este nos muestra un listado de todos los módulos disponibles. Sin embargo para el modelado de la torre elegimos el modulo de Mechanical Design, la opción Part Design.

Figura No. 3.2. Selección del modulo de trabajo.

Seleccionamos este modulo debido a que la torre a diseñar no será de una sola sección sino que estará compuesta de partes las cuales se dibujaran en piezas individuales que luego se montarán en el ensamblaje o conjunto.

Detallando el proceso a continuación:

La base de la torre

Antes de pasar al modelo 3D, dibujamos el perfil en 2D en el Sketcher, que es la interfase entre la concepción de la pieza y el modelo. A este perfil le aplicaremos las operaciones convenientes para pasar a 3D.

Para comenzar el diseño de la base de la torre del Aerogenerador en el programa CATIA primero debemos seleccionar el plano en el que se desea diseñar ya que una de las características del software es que se puede diseñar en 3 planos diferentes: el plano xy, el plano yz y el plano xz; por lo que para la realización de este diseño utilizamos el plano xy; es muy importante seleccionar el plano adecuado debido a la perspectiva que tendremos del diseño final.

Figura No. 3.3. Selección del plano de referencia.

Catia es un programa paramétrico, esto quiere decir que guarda información de todas las operaciones que se realizan sobre la pieza en un árbol que podremos modificar en el momento que más nos interese.

Figura No. 3.4. Diámetro exterior y espesor de la base de la torre.

Una vez seleccionado el plano de trabajo se utiliza el modulo sketch para poder dibujar en el plano la sección o el perfil de nuestro diseño en la Figura No. 3.4, se muestran los diámetros interno y externo que servirán de perfil para la base. En cualquier momento podemos regresar a este Sketch y cambiar el perfil, cambiando con él la pieza. Este es uno de los puntos más importantes de este tipo de programas.

Debido a que la torre tendrá una sección circular primero se dibuja los círculos que serán los diámetros internos y externos de la base de la torre. Tomando en cuenta que el diámetro exterior de la base será de 24 pulgadas y tendrá un espesor de 8 mm.

Salimos del Sketcher usando el comando Exit workbench y así visualizamos el perfil que servirá como referencia para extruir mediante el comando Pad para lograr la geometría tubular de la base.

Pad: Es unos de los comandos más utilizados, para la

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