Parque elico offshore: Estrella de mar

Sika, S.A.U. Ctra. de Fuencarral, 72 28108 Alcobendas (Madrid) Telf. 91 657 23 75 Fax 91 662 19 38 www.sika.es

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a PARQUE ELICO OFFSHORE: ESTRELLA DE MAR Julio Achiaga Bello

* Resumen del trabajo ganador del Premio del Prontuario Sika 2011 para Estudiantes de Ingeniera de Caminos, Canales y Puertos

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a La energa elica marina tiene, segn los expertos, un futuro prometedor. En el mar, la velocidad del viento no experimenta grandes cambios y es por lo general menos turbulento que en tierra, por lo que se ampla el periodo de vida til de un aerogenerador. Adems pueden emplazarse torres ms bajas que en la superficie terrestre. En la actualidad los parques offshore, se sitan en aguas poco profundas, alejados de las rutas marinas comerciales, de los emplazamientos militares y de los espacios de inters natural u ornitolgico. La distancia de la costa debe ser como mnimo de dos kilmetros para aprovechar mejor el rgimen de vientos, de caractersticas diferentes a los que llegan a tierra.

OBJETO DEL PROYECTO El objeto del trabajo es disear una torre elica marina cuyo fuste se pueda

realizar con hormign para poder mejorar su durabilidad y disminuir sus

necesidades de mantenimiento.

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a Se han tomado como puntos de partida los siguientes supuestos: - La idea propuesta es disear una torre de 80 m de altura, adecuada para un aerogenerador del rango de los 3 a 5 MW de potencia nominal y con

dimetro de palas de unos 120-130 metros.

- Segn las caractersticas hay varias posibilidades de cimentacin. Se

considera en este caso el empleo de cimentaciones por gravedad (CGF),

si bien esto no afecta sustancialmente al diseo de la torre de hormign

s afecta de forma crtica a los otros usos que se le pueden dar al

aerogenerador.

- El diseo de la torre se va a realizar completamente en hormign armado

y pretensado. El punto de ubicacin de la torre elica estar a 20 m de la

plataforma continental.

PREDIMENSIONAMIENTO El funcionamiento estructural de una torre de aerogenerador es como una

mnsula vertical con un empotramiento elstico en la base. Dicha estructura est

sometida a una serie de cargas en la parte superior de la mnsula provenientes

de la nacelle y de la accin del viento sobre las palas del aerogenerador.

Adems de esto se tiene la presin aerodinmica sobre el fuste de la torre y su

peso.

Por lo tanto se han supuesto los siguientes esfuerzos:

Peso propio de aerogenerador (nacelle, multiplicadora, generador, rotor y

pala) = 7.000 KN

Empuje aerodinmico sobre la torre 4 KN/m2

Empuje aerodinmico sobre la turbina 2.000 KN

Adems de estas cargas hay que tener en cuenta la excentricidad debida al peso

propio de los elementos del aerogenerador. Se ha supuesto una excentricidad de

2 metros.

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a Con estos datos el momento en la base de la torre sera 258.800KNm, y se considera un esfuerzo axil en la base de 22.000KN.

DISEO GEOMTRICO DE LA TORRE Se establece la seccin longitudinal siguiente:

Seccin variable de forma constante desde un dimetro de 9,0 metros a

4,5 metros.

Espesor de pared variable constantemente desde 40cm en base de torre

a 20cm a los 80 metros.

Estos espesores nos permiten incluir en el diseo un pretensado biaxial que

garantice la correcta unin entre las secciones y la mejora de la durabilidad

evitando la aparicin de fisuracin por traccin en cualquier direccin.

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a Con el objetivo de aprovechar al mximo y optimizar la seccin de acero de pretensado se propone realizar un pretensado helicoidal con lo que se conseguira:

1. Asegurar la correcta unin entre las secciones de hormign.

2. Mejorar la durabilidad al evitar mediante este pretensado biaxial la

aparicin de fisuras.

3. Optimizar el empleo de acero de alta resistencia en cables para

pretensado.

4. Mejorar el comportamiento torsional de nuestra seccin de hormign.

5. Realizar el tesado desde la base de la torre minimizando el uso de gras

durante el montaje.

Dimensionamos la seccin de hormign pretensado usando la Ley de Navier:

22322min /23/2300025,22

25880081.10

2200081.10

100000 mmNmKNmKNm

mKN

mKN

WM

AF

AP

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a Bastara con emplear un hormign HP-40. Para asegurarse que no aparezcan fisuras a medida que se sube en altura, ya que la seccin y los espesores disminuyen, se aumenta la resistencia del hormign empleado. Para ello se

divide el fuste en tres familias de anillos, cada uno de 10 m de longitud. La primera familia compuesta por tres anillos ejecutados en HP-40, la familia intermedia constituida por dos en HP-50 y la ltima formada por dos anillos de HP-60.

En principio la armadura pasiva a disponer sera la necesaria por cuantas

mnimas adems de aquella a emplear durante los procesos de montaje.

DISEO DEL HORMIGN

Se propone un hormign para ejecutar la torre de varias caractersticas: que

posea una alta resistencia, que garantice una durabilidad de 30 aos y que

asegure la estanqueidad.

De alta resistencia

Destaca por su mayor durabilidad, reduccin de las secciones, mayor

resistencia a acciones ambientales fsicas o qumicas (carbonatacin,

cloruros ) y mejores acabados.

La granulometra ser de 0-16mm pobre en finos, ya que el contenido de

cemento es muy alto. El rido grueso ser piedra grantica partida. La forma

del grano ser cbico y a ser posible con superficie rugosa. Y un factor de

agua/cemento entre 0,25 y 0,35.

Los anillos que del fuste son de grandes dimensiones por lo que se opta por

un hormign autocompactable puesto en obra mediante bombeo. La

consistencia fluida facilitar su compactacin sin necesidad de ningn medio.

As se asegura que se cumplan los requerimientos de trabajabilidad de un

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a hormign autocompactable: capacidad de llenado, de paso y resistencia a la segregacin.

Ser necesario en algunos casos la adicin de finos (filler, cenizas, etc.) por

ser los finos factor importante para la consecucin de este tipo de hormign.

El equilibrio entre estas propiedades se consigue utilizando aditivos

superfluidificantes de ltima generacin, para lograr la fluidez deseada, y

controlando la viscosidad mediante el empleo de altos contenidos de polvo

y/o aditivos modificadores de la viscosidad.

Nombre Dosificacin Descripcin

Cemento CEM I 52 350-400 kg/m3 Cemento de alta resistencia

Agua 120-130 kg/m3 Agua

Sika Fume S 92 D 10% del peso de cemento

Adiccin de humo de slice

Plastiment HP-1 0,4% del peso de cemento

Plastificante reductor de agua

Sika ViscoCrete 5-910 E

1% del peso de

cemento

Superplastificante exento de

cloruros

Sika Pump 0,7% del peso de cemento

Reductor la resistencia a la

friccin

Sika Stabilizer-229 1% del peso de cemento

Estabilizador y cohesionante

Antisol B Consumo: 0,140 l/m2 Resinas sintticas de curado

Separol 31 E Vegetal Pulverizado Emulsin de desencofrado

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