Aprende qué significa cada entrada, dónde encontrar el valor correcto y cómo leer los resultados de viento, nieve, tensión, deflexión y par del rastreador sin perderte en la notación ingenieril.
Respuesta rápida: Empieza seleccionando el sistema de montaje. Introduce el tamaño del módulo, la disposición, los datos de viento y nieve del sitio, luego agrega las propiedades reales de sección y las fuerzas de análisis de tus miembros. La calculadora actualiza inmediatamente. Un “Aprobado” en verde significa que la demanda ingresada está dentro del límite ingresado; “Revisar” significa que la demanda excede ese límite. Ninguno de estos estados es una aprobación de construcción.
¿Qué verifica el calculador de carga estructural de montaje solar?
El Calculador de carga estructural de montaje solar LuminVolt es una herramienta de ingeniería preliminar para dos sistemas de soporte de PV comunes: una mesa de inclinación fija y un rastreador de un eje. Convierte el cuaderno de trabajo de ingeniería proporcionado en un formulario basado en navegador, de manera que cada resultado dependiente cambie tan pronto como se cambia una entrada.
Para una estructura de inclinación fija, la herramienta calcula la presión básica del viento, la carga de viento de diseño, la carga de nieve de diseño, las cargas distribuidas, la tensión combinada de los miembros, el uso y los límites de deflexión. Para un rastreador, calcula la presión del viento en dos casos de operación, el par excéntrico del viento, el par excéntrico de gravedad, el par unitario a lo largo del tubo de par y un valor de carga de nieve.
Este calculador es para verificaciones preliminares y discusión de ingeniería. No selecciona velocidades de viento de diseño locales, categorías de exposición, factores de importancia, casos de carga, capacidades de conexión, resistencia de cimentación ni reglas del código por ti. El diseño final debe ser verificado bajo el código adoptado en el lugar del proyecto y aprobado por un ingeniero estructural calificado cuando sea necesario.
En los Estados Unidos, ASCE/SEI 7-22 cubre las cargas ambientales y las combinaciones de carga para el diseño estructural. ASCE también publica guías de trabajo para sus disposiciones de viento y nieve. Los proyectos en otros países pueden seguir diferentes estándares nacionales. Utilice el estándar mencionado en los documentos de su proyecto en lugar de asumir que un método se aplica en todas partes.
¿Qué debes preparar antes de abrir la calculadora?
Puedes explorar la herramienta con sus valores predeterminados, pero para una verificación de proyecto real necesitas inputs verificados. Recopila la siguiente información primero:
- Longitud, anchura, masa y cantidad del módulo PV
- Disposición de la tabla, longitudes de los miembros y longitud del tubo de torsión
- Velocidad del viento y densidad del aire del diseño del sitio
- Datos del terreno o de la exposición y el coeficiente de altura correcto
- Densidad de la nieve, profundidad de la nieve, pendiente del techo o del panel
- Área del miembro, módulo de sección y resistencia de diseño del material
- Fuerzas de análisis, momentos de flexión y deflexiones reales
- Combinaciones de carga aplicables y estándar de diseño del proyecto
Los valores del módulo suelen proceder del folleto de datos del fabricante. Las propiedades de sección deben proceder del dibujo aprobado del perfil de acero o aluminio. Los valores del viento, la nieve, el terreno y las combinaciones de carga deben proceder de la base de diseño del proyecto, los datos de la autoridad local o el cálculo de un ingeniero.
El módulo de inclinación fija y las longitudes de los miembros utilizan milímetros, mientras que la profundidad de la nieve utiliza metros. La geometría del rastreador utiliza metros. El módulo de sección es en cm³, el área es en cm², los momentos son en N·m, la tensión es en MPa y el par es en N·m o N·m/m. Lee la unidad impresa junto a cada campo antes de escribir.
Paso 1: elige módulo de inclinación fija o rastreador de un eje
| Modo | Elige esto cuando | Salida principal |
|---|---|---|
| Estructura de inclinación fija | Los módulos se mantienen a un ángulo en los purlins, rafters, posts y braces. | Cargas de viento y nieve, utilización de la tensión del miembro y comprobaciones de deflexión. |
| Seguidor de un solo eje | Una hilera gira alrededor de un tubo de torsión y debe verificarse en diferentes ángulos de seguimiento. | Torque de viento y gravedad, torque unitario y la demanda de torque regulador. |
Si su proyecto utiliza una mesa de suelo o techo convencional, comience con inclinación fija. Si utiliza una hilera giratoria como los sistemas descritos en nuestra página de seguimiento solar, elija rastreador. Las dos pestañas conservan sus propios valores de entrada, por lo que puede cambiar entre ellas sin mezclar los modelos.
Cómo usar el calculador de inclinación fija
Ingrese el diseño del módulo y la tabla
Ingrese la longitud del módulo, el ancho del módulo y la masa del módulo desde la hoja de datos del módulo. Luego, ingrese el número de filas de diseño y el número de módulos en cada fila.
Longitud total de purlín es la longitud modelada utilizada para distribuir las cargas del módulo a lo largo de los purlins. Longitud de rafter es el espaciado de teja relevante utilizado por el cálculo de carga distribuida del libro de trabajo. No introduzca la longitud total del proyecto a menos que sea la misma longitud modelada.
Ingrese las entradas de viento
La herramienta primero calcula la presión básica del viento utilizando w = 0.5 × ρ × V². Aquí, ρ es la densidad del aire y V es velocidad del viento de diseño.
La carga de viento del diseño luego aplica el factor de respuesta del viento βz, coeficiente de forma microsegundo, y factor de altura μz. Estos coeficientes no son constantes universales. Elíjelos de la norma del proyecto y la base de diseño. La tabla de μz inferior en la página del calculador reproduce los valores del cuaderno de trabajo proporcionados para las categorías de terreno A a D.
Ingrese las entradas de nieve
Ingrese el coeficiente de nieve mú, densidad de nieve, y profundidad de nieve. La herramienta calcula la presión básica de la nieve a partir de la densidad, la gravedad y la profundidad, luego multiplica por μr.
Utilice la tabla de mono-pitch en la calculadora para coincidir μr con el ángulo de pendiente α en el cuaderno proporcionado. Por ejemplo, esa tabla ofrece μr = 1.00 para pendientes de hasta 25°, 0.85 para 30°, 0.70 para 35° y 0 para 60° o más. Utilice solo esos valores cuando sean válidos para su estándar de proyecto y condiciones de carga.
Agregar las propiedades de la sección de miembros
Abierto Propiedades de sección del miembro. Para el purlin, rafter y post, introduzca el módulo de sección neta sobre cada eje (Wnx y Wny), área neta Un, y los factores γ utilizados por la hoja de cálculo. Introduzca también el área de diseño del refuerzo y la resistencia de diseño del material.
Aquí es donde los principiantes suelen utilizar datos incorrectos. No introduzca el ancho o la altura exterior de un perfil en un campo de módulo de sección. Wnx y Wny son propiedades geométricas calculadas, generalmente listadas en una tabla de perfiles o dibujo técnico.
Añadir fuerzas, momentos y deflexiones reales
Abierto Fuerzas y momentos de los miembros. Introduzca la fuerza axial N y los momentos de flexión Mx y My para el caso de carga que se está verificando. Luego introduzca las longitudes de los miembros y las deflexiones reales de su análisis estructural.
El calculador no genera un análisis completo de la estructura a partir del diseño del módulo. Verifica las fuerzas y deflexiones que introduzca. Esta distinción es importante: las entradas ambientales calculan valores de carga, mientras que los valores de demanda de los miembros aún deben provenir de un modelo estructural adecuado o una hoja de cálculo verificada.
Leer los resultados de inclinación fija
Las tarjetas superiores muestran la carga de viento de diseño, la presión básica del viento y la carga de nieve de diseño. La lista de carga distribuida muestra cómo se distribuyen esas cargas al purlin, tabla y rafter utilizando las fórmulas de la hoja de cálculo.
La tabla de resistencia compara el estrés combinado del miembro con la resistencia de diseño introducida. La utilización es la demanda dividida por la capacidad. La tabla de deflexión compara el movimiento real con el límite de la hoja de cálculo para cada miembro.
Ejemplo de inclinación fija trabajado utilizando valores predeterminados
El modelo de inclinación fija predeterminado utiliza un módulo de 1,650 × 991 mm pesando 16.5 kg, organizado en 2 filas por 11 módulos. La velocidad del viento es de 26.84 m/s, la densidad del aire es de 1.25 kg/m³, βz es 1.00, μs es 1.30 y μz es 1.00. La densidad de la nieve es de 130 kg/m³, la profundidad de la nieve es de 0.11 m y μr es 0.85.
Con esos valores, el calculador devuelve:
| Resultado | Salida predeterminada | Significado en lenguaje sencillo |
|---|---|---|
| Presión básica del viento | 450,24 Pa | Presión a partir de la densidad del aire introducida y la velocidad del viento, antes de aplicar los tres coeficientes de viento. |
| Carga de viento de cálculo | 585,31 N/m² | Presión básica tras aplicar βz, μs y μz. |
| Carga de nieve de cálculo | 121,55 N/m² | Se aplica la presión de la nieve tras introducir el coeficiente μr. |
| Utilización de la resistencia predeterminada más alta | Viga: 80,41 TP3T | En este ejemplo, la viga es el elemento que más se aproxima a la resistencia de diseño indicada. |
| Comprobación de la desviación por defecto más cercana | Correa: 15,0 / 17,5 mm | La deflexión real está por debajo del límite mostrado, pero se acerca más a él que las otras dos comprobaciones. |
Todas las filas predeterminadas de resistencia y deflexión muestran “Aprobado”, pero eso solo significa que los valores del libro de trabajo proporcionado se encuentran dentro de los límites indicados. Si modificas la resistencia de diseño, las propiedades de la sección, los momentos, las fuerzas, las longitudes o las deflexiones reales, el resultado puede cambiar de inmediato. Una muestra que haya superado la prueba no garantiza que un emplazamiento o perfil diferente sea adecuado.
Cómo utilizar la calculadora del seguidor de un solo eje
Introducir la geometría de la fila y del módulo
Introduce la longitud del módulo, la anchura del módulo, la masa del módulo, el número de módulos por fila, la longitud del tubo de torsión y la longitud del módulo en el lado de barlovento. El modelo del seguidor utiliza metros, por lo que no pegues valores en milímetros de la pestaña «Inclinación fija».
Define el caso de viento de 0°
Introduce βz, μz, la densidad del aire, la velocidad del viento, el Cp positivo y el Cp negativo para la posición de 0°. La calculadora utiliza la media de los dos valores de Cp para la carga de viento de diseño mostrada y su diferencia para el par de viento excéntrico.
Define el caso de viento a 45°
Repite los datos de viento correspondientes a la posición de 45°. No des por sentado que se aplican automáticamente los mismos coeficientes de velocidad de viento o de presión. Utiliza los valores indicados en las bases de diseño del seguidor o en el estudio eólico.
Añadir los valores de gravedad y nieve
La excentricidad gravitatoria es la distancia entre el eje de rotación y el centro de masa correspondiente. El ángulo del seguidor controla la componente del par gravitatorio. Introduce μr, la densidad de la nieve y la profundidad de la nieve para obtener los datos relativos a la nieve.
Lee el par de la unidad de control
Los resultados separan el par excéntrico del viento y el par excéntrico de la gravedad; a continuación, dividen el par por la longitud del eje para obtener el valor en N·m/m. El valor determinante es el total absoluto mayor de los dos casos de seguidores que se muestran.
Ejemplo de Tracker con los valores predeterminados
La fila de seguidores por defecto cuenta con 56 módulos, cada uno de 2,15 × 1,06 m y 30 kg, montados en un tubo de torsión de 60,7 m. El caso de viento a 0° utiliza 25 m/s; el caso a 45° utiliza 15 m/s. El par resultante de la unidad de control es 176,58 N·m/m.
| Resultado predeterminado del rastreador | Valor |
|---|---|
| Par excéntrico del viento a 0° | 10 718,42 N·m |
| Par de la unidad eólica a 0° | 176,58 N·m/m |
| Par excéntrico del viento a 45° | 3.858,63 N·m |
| Par excéntrico por gravedad | 1.513,43 N·m |
| Par total de la unidad a 45° | 88,50 N·m/m |
| Carga de nieve de cálculo | 0,175 kN/m² |
Utiliza el par de la unidad de control como dato de entrada para el siguiente paso de diseño, como la comprobación del tubo de par, la unidad de transmisión, los cojinetes, los amortiguadores y la respuesta de la fila. La calculadora no confirma que estos componentes sean adecuados.
Cómo utilizar las tres secciones de referencia
Combinaciones de carga
La tabla de combinaciones de cargas recoge 12 factores del libro de trabajo adjunto. Las combinaciones de resistencia incluyen la gravedad factorizada, el viento positivo o negativo y la nieve. Las combinaciones de deflexión utilizan factores de nivel de servicio. La tabla es una referencia; no crea automáticamente nuevas fuerzas en los elementos dentro de la herramienta del navegador. Aplique la combinación correcta en su análisis estructural y, a continuación, introduzca las fuerzas y momentos resultantes en los campos de los elementos.
Coeficiente de altura de la presión del viento μz
Busca la altura del proyecto en la primera columna y, a continuación, desplázate hacia la derecha hasta el terreno A, B, C o D. Las notas que figuran debajo de la tabla describen las categorías de terreno del libro de trabajo. Si la altura se encuentra entre dos filas, sigue la regla de interpolación o selección establecida en la norma aplicable, en lugar de elegir un valor a ojo.
Coeficiente de nieve en tejados de una sola vertiente μr
El diagrama separa la distribución horizontal de la nieve de la pendiente del tejado y muestra el valor α en el borde inferior del tejado. Selecciona en la tabla el valor de μr que se corresponda con la pendiente del tejado. No interpretes la larga barra horizontal de nieve como la superficie del tejado; representa la distribución uniforme de la nieve que se muestra en los datos originales.
¿Qué significan los términos “Aprobado”, “Revisado”, «utilización» y «desviación»?
Estrés es la demanda interna calculada por zona. Resistencia de cálculo es el valor de comparación admisible que has introducido. Utilización es la tensión dividida por la resistencia de cálculo. Un valor de 80% significa que la demanda calculada es de 80% de la resistencia introducida; 105% significa que es 5% superior a esta.
La herramienta clasifica los valores de utilización iguales o inferiores a 100% como “Aprobado” y los valores superiores a 100% como “Revisar”. En cuanto a la deflexión, marca la fila como “Aprobado” cuando la deflexión real es igual o inferior al límite mostrado. Se trata de comparaciones numéricas, no de una aprobación técnica.
Un diseño real también puede requerir comprobaciones de pandeo, pandeo local, pandeo lateral-torsional, fatiga, resistencia de las uniones, desprendimiento, apoyo, vuelco de la cimentación, deslizamiento, resistencia del suelo, respuesta dinámica del seguidor solar, condiciones de montaje, pérdida por corrosión, tolerancias y casos accidentales. Pregunta al ingeniero del proyecto qué comprobaciones son de aplicación.
Nueve errores habituales al introducir datos que hay que evitar
- Mezclar milímetros y metros. Esto puede multiplicar el resultado por 1.000 o más.
- Introducir la presión del viento como velocidad del viento. La velocidad del viento se expresa en m/s; la presión es un valor calculado en Pa.
- Utilizar las dimensiones del módulo para toda la tabla. El tamaño del módulo y la longitud de los elementos estructurales son datos que se introducen por separado.
- Estimación de μz basándose únicamente en la altura. La categoría del terreno también influye en el coeficiente.
- Utilizar la profundidad de la nieve sin comprobar su densidad. Una misma profundidad puede generar cargas diferentes cuando la densidad de la nieve varía.
- Introducir las dimensiones del perfil en Wnx o Wny. El módulo de sección debe obtenerse a partir de un cálculo de las propiedades de la sección o de una tabla.
- Se mantienen las fuerzas del libro de trabajo para un nuevo proyecto. Los momentos y fuerzas por defecto describen la muestra, no tu sistema de referencia.
- Considerar las combinaciones de referencia como automáticas. Los campos de demanda de los miembros aún necesitan resultados de análisis combinados correctamente.
- Se interpreta “Pass” como «listo para el permiso». Solo muestra la comparación programada en la herramienta.
Guarda un conjunto de valores de entrada verificados, cambia solo un valor cada vez y toma nota de qué resultado cambia. De este modo, resulta más fácil detectar errores de unidad y dependencias inesperadas. Utiliza el botón «Restablecer» siempre que quieras volver a los valores predeterminados del libro de trabajo.
Preguntas frecuentes
¿Puedo utilizar la calculadora sin tener experiencia en ingeniería?
Puedes utilizarlo para conocer las relaciones y elaborar una comparación preliminar. Para la verificación de un proyecto, los coeficientes, las propiedades de la sección, las fuerzas de cálculo y los criterios de aceptación deben ser facilitados o revisados por una persona cualificada en diseño estructural.
¿Dónde puedo encontrar la velocidad del viento de cálculo correcta?
Utiliza los fundamentos de diseño del proyecto, la autoridad competente o el mapa y el método exigidos por la norma adoptada a nivel local. No copies la velocidad del viento de una aplicación meteorológica ni de otra ciudad.
¿La calculadora aplica automáticamente todas las combinaciones de carga?
No. Muestra la tabla de combinaciones del libro de trabajo a modo de referencia. Introduce las fuerzas y los momentos de los elementos a partir del caso de análisis estructural combinado correcto.
¿Qué debo hacer cuando un resultado indica “Revisar”?
En primer lugar, comprueba las unidades y los datos de origen. Si los datos introducidos son correctos, pide al ingeniero estructural que revise la sección, el vano, los arriostramientos, la trayectoria de la carga, el modelo de análisis y los criterios de aceptación. No corrijas un resultado que supere el límite modificando un coeficiente sin contar con apoyo técnico.
¿Por qué un pequeño aumento de la velocidad del viento provoca un cambio tan grande en la presión?
La presión básica del viento es proporcional al cuadrado de la velocidad del viento. Si la velocidad aumenta en 10%, la presión aumenta en aproximadamente 21% antes de que se apliquen otros coeficientes.
¿Esta calculadora permite calcular las dimensiones de los cimientos o de los anclajes del tejado?
No. No comprueba el suelo, el balasto, los pilotes, la resistencia a la tracción de los anclajes, la capacidad de la cubierta ni los detalles de las uniones. Utiliza nuestro cálculo de carga de viento y nieve para obtener otra vista preliminar de la carga y, a continuación, realizar las comprobaciones específicas del proyecto en cuanto a cimentación y conexiones.
¿Puedo utilizarlo tanto para perfiles de acero como de aluminio?
El cálculo comparativo de tensiones admite propiedades de sección editables y resistencia de diseño, pero las comprobaciones de resistencia correctas varían en función del material y la norma. Confirma el modelo del elemento, los coeficientes, las reglas de pandeo y los valores de resistencia con el ingeniero del proyecto.
¿En qué se diferencian las unidades de inclinación fija y las unidades de seguimiento?
Los dos modos reproducen diferentes modelos de libro de trabajo. La geometría de inclinación fija se introduce principalmente en milímetros, mientras que la geometría del seguidor se introduce en metros, ya que su resultado principal es el par por metro de tubo.
¿Estás listo para probar con los datos de tu propio proyecto?
Abre la calculadora en una segunda pestaña, ten esta guía a mano y sustituye los valores predeterminados únicamente por valores verificados. Para obtener asistencia sobre el sistema de montaje, envía a LuminVolt la disposición de tus módulos, las cargas del emplazamiento y los planos del proyecto.