Aprende qué significa cada entrada, dónde encontrar el valor correcto, y cómo leer los resultados de viento, nieve, tensión, deformación y par del rastreador sin perderte en la notación de ingeniería.
Respuesta rápida: Comience seleccionando el sistema de montaje. Introduzca el tamaño del módulo, el diseño, los datos del viento y la nieve del sitio, y luego agregue las propiedades reales de la sección y las fuerzas de análisis para sus miembros. El calculador se actualiza inmediatamente. Un “Aprobado” verde significa que la demanda introducida está dentro del límite introducido; “Revisar” significa que la demanda excede ese límite. Ninguno de los dos estados es una aprobación de construcción.
¿Qué comprueba el calculador de carga estructural para montaje solar?
El Calculadora de Carga Estructural de Montaje Solar LuminVolt es una herramienta de ingeniería preliminar para dos sistemas de soporte de paneles fotovoltaicos comunes: una mesa con inclinación fija y un rastreador de un eje. Convierte el libro de ingeniería suministrado en un formulario basado en un navegador, por lo que cada resultado dependiente cambia tan pronto como cambias una entrada.
Para una estructura con inclinación fija, la herramienta calcula la presión del viento básica, la carga del viento de diseño, la carga de nieve de diseño, las cargas distribuidas, el esfuerzo combinado de los miembros, el nivel de utilización y los límites de deflexión. Para un sistema de seguimiento, calcula la presión del viento en dos casos de funcionamiento, el par excéntrico del viento, el par excéntrico de la gravedad, el par de la unidad a lo largo del tubo de par y un valor de carga de nieve.
Esta calculadora es para comprobaciones preliminares y para la discusión de ingeniería. No selecciona las velocidades de viento de diseño locales, las categorías de exposición, los factores de importancia, los casos de carga, las capacidades de conexión, la resistencia de la cimentación o las normas del código para usted. El diseño final debe ser revisado según el código adoptado en la ubicación del proyecto y firmado por un ingeniero estructural cualificado cuando sea necesario.
En los Estados Unidos, ASCE/SEI 7-22 abarca las cargas ambientales y las combinaciones de cargas para el diseño estructural. ASCE también publica guías prácticas para sus instalaciones de viento y nieve. Los proyectos en otros países pueden seguir diferentes normas nacionales. Utilice la norma que se menciona en sus documentos del proyecto en lugar de asumir que un método es aplicable en todas partes.
¿Qué debería preparar antes de abrir la calculadora?
Puede explorar la herramienta con sus valores predeterminados, pero para un proyecto real se necesitan entradas verificadas. Primero, recopile la siguiente información:
- Longitud, anchura, masa y cantidad del módulo PV
- Diseño de la tabla, dimensiones de las secciones, y longitud del tubo de torsión
- Diseño del sitio, velocidad del viento y densidad del aire
- Datos o información sobre el terreno o la exposición y el coeficiente de altura correcto
- Densidad de la nieve, profundidad de la nieve, ángulo de la cubierta o panel
- Área de miembros, módulo de sección y resistencia del material
- Análisis de fuerzas, momentos de flexión y deflexiones reales
- Combinaciones de carga aplicables y norma de diseño del proyecto
Los valores del módulo normalmente provienen de la hoja de datos del fabricante. Las propiedades de la sección deben provenir del dibujo aprobado del perfil de acero o aluminio. Los valores de viento, nieve, terreno y combinaciones de carga deben provenir de la base de diseño del proyecto, datos de la autoridad local o un cálculo realizado por un ingeniero.
El módulo de inclinación fija y las longitudes de los miembros se miden en milímetros, mientras que la profundidad de la nieve se mide en metros. La geometría del rastreador se mide en 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. Lea la unidad impresa junto a cada campo antes de escribir.
Paso 1: elegir un sistema de seguimiento de inclinación fija o de un solo eje
| Modo | Elige este | Salida principal |
|---|---|---|
| Estructura de inclinación fija | Los módulos permanecen en un ángulo en las vigas, los montantes, las columnas y los soportes. | Cargas de viento y nieve, utilización de la tensión en los elementos estructurales y comprobaciones de deflexión. |
| Rastreador de un solo eje | Una fila gira alrededor de un tubo de torque y debe ser comprobada en diferentes ángulos de seguimiento. | La fuerza del viento y la gravedad, el par, y la demanda de par. |
Si su proyecto utiliza una mesa convencional de suelo o techo, comience con la inclinación fija. Si utiliza una mesa giratoria como los sistemas descritos en nuestra página de seguimiento solar, elige el rastreador. Las dos pestañas mantienen sus propios valores de entrada, por lo que puedes cambiar entre ellas sin mezclar los modelos.
Cómo utilizar el calculador de inclinación fija
Introduzca el diseño del módulo y la tabla
Introduzca la longitud, el ancho y la masa del módulo a partir de la ficha técnica del módulo. Luego, introduzca el número de filas de diseño y el número de módulos en cada fila.
Longitud total de la viga es la longitud modelada que se utiliza para distribuir las cargas de los módulos a lo largo de las vigas. Longitud del par es la distancia relevante de la viga utilizada en el cálculo de cargas distribuidas del libro de trabajo. No introduzca la longitud total del proyecto a menos que sea la misma que la longitud modelada.
Introduzca los datos del viento
La herramienta primero calcula la presión del viento básica utilizando w = 0.5 × ρ × V². Aquí, ρ ¿es la densidad del aire y V es la velocidad del viento para el diseño.
La carga del viento en el diseño luego aplica el factor de respuesta a las ráfagas βz, coeficiente de forma μs, y factor de altura μz. Estos coeficientes no son constantes universales. Selecciónelos del estándar del proyecto y de la base de diseño. La tabla μz en la página del calculador reproduce los valores suministrados del libro de trabajo para las categorías de terreno A a D.
Introduzca los datos sobre la nieve
Introduzca el coeficiente de nieve μr, densidad de la nieve, y profundidad de la nieve. La herramienta calcula la presión básica de la nieve a partir de la densidad, la gravedad y la profundidad, y luego la multiplica por μr.
Utilice la tabla de una sola línea en la calculadora para igualar μr con el ángulo de inclinación α en el libro de ejercicios suministrado. Por ejemplo, esa tabla indica que μr = 1.00 para pendientes de hasta 25°, 0.85 a 30°, 0.70 a 35°, y 0 a 60° o más. Solo utilice esos valores cuando sean válidos para el estándar y las condiciones de carga de su proyecto.
Añadir las propiedades de la sección de miembros
Abrir Propiedades de la sección de miembros. Para la viga, el traveseo y la columna, introduzca el módulo de sección neto sobre cada eje (Wnx y Wny), área neta Un, y los factores γ utilizados por el libro de trabajo. Introduzca también el área de diseño de la bisagra y la resistencia de diseño del material.
Aquí es donde los principiantes suelen utilizar los datos incorrectos. No se debe introducir el ancho o la altura exterior de un perfil en un campo de módulo, Wnx y Wny son propiedades geométricas calculadas, que normalmente se enumeran en una tabla de perfil o en un dibujo técnico.
Añadir fuerzas, momentos y deformaciones reales
Abrir Fuerzas y momentos de los miembros. Introduzca la fuerza axial en N y los momentos de flexión Mx y My para el caso de carga que se está comprobando. A continuación, introduzca las longitudes de los elementos y las deflexiones reales obtenidas de su análisis estructural.
La calculadora no genera un análisis completo del marco a partir del diseño del módulo. Comprueba las fuerzas y deformaciones que introduce el usuario. Esta distinción es importante: los valores de carga calculados a partir de las entradas ambientales, mientras que los valores de demanda de los elementos aún deben obtenerse de un modelo estructural o de una hoja de cálculo verificada.
Lea los resultados con inclinación fija
Las tarjetas principales muestran la carga del viento, la presión del viento básica y la carga de nieve de diseño. La lista de cargas distribuidas muestra cómo se distribuyen esas cargas a las vigas, la tabla y el traveseo utilizando las fórmulas del libro de trabajo.
La tabla de resistencia compara la tensión combinada 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 establecido en el libro de trabajo para cada miembro.
Ejemplo de funcionamiento con inclinación fija utilizando los valores predeterminados
El modelo fijo por defecto usa un módulo de 1,650 × 991 mm que pesa 16,5 kg, dispuesto en 2 filas de 11 módulos. La velocidad del viento es 26,84 m/s, la densidad del aire 1,25 kg/m³, βz = 1,00, μs = 1,30 y μz = 1,00. La densidad de la nieve es 130 kg/m³, la profundidad 0,11 m y μr = 0,85.
Con esos valores, la calculadora devuelve:
| Resultado | Valor predeterminado | Significado en lenguaje sencillo |
|---|---|---|
| Presión básica del viento | 450.24 Pa | Presión proveniente de la densidad del aire y la velocidad del viento introducidas, así como los tres coeficientes de viento. |
| Carga de diseño por viento | 585.31 N/m² | Presión básica después de aplicar βz, μs y μz. |
| Carga de diseño por nieve | 121.55 N/m² | Presión de nieve después de aplicar el coeficiente μr introducido. |
| Uso máximo de la fuerza predeterminada | Par: 80,4 % | La viga es el elemento más cercano a la resistencia de diseño especificada en este ejemplo. |
| Verificación de desviación predeterminada más cercana | Correa: 15,0 / 17,5 mm | La desviación real es inferior al límite mostrado, pero es más cercana 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 proporcionados están dentro de los límites especificados. Si cambia la resistencia del diseño, las propiedades de la sección, los momentos, las fuerzas, las longitudes o las deflexiones reales, el resultado puede cambiar inmediatamente. Una muestra aprobada no es evidencia de que un sitio o perfil diferente sea adecuado.
Cómo utilizar la calculadora de seguimiento de un solo eje
Introduzca la geometría de la fila y del módulo
Introduzca la longitud del módulo, el ancho del módulo, la masa del módulo, el número de módulos por fila, la longitud del tubo de torsión y la longitud del módulo hacia el viento. El modelo del rastreador utiliza metros, por lo que no pegue valores en milímetros de la pestaña de inclinación fija.
Definir el caso del viento de 0°
Introduzca βz, μz, densidad del aire, velocidad del viento, Cp positivo y Cp negativo para la posición de 0°. La calculadora utiliza el promedio de los dos valores de Cp para la carga de viento de diseño mostrada y su diferencia para el par de viento excéntrico.
Defina el caso del viento de 45°
Repita las entradas de viento para la posición de 45°. No asuma que la misma velocidad y coeficientes de presión se aplican automáticamente. Utilice los valores indicados en la base de diseño del rastreador o en el estudio del viento.
Añadir valores de gravedad y nieve
La excentricidad gravitacional es la distancia entre el eje de rotación y el centro de masa relevante. El ángulo de seguimiento controla la componente de torque gravitacional. Introduzca μr, densidad de la nieve y profundidad de la nieve para la salida de nieve.
Lea la unidad de torque que rige
Los resultados separan el par excéntrico debido al viento y el par excéntrico debido a la gravedad, y luego dividen el par por la longitud del eje para obtener N·m/m. El valor de referencia es el mayor valor absoluto total de los dos casos mostrados.
Ejemplo de rastreador utilizando los valores predeterminados
La fila de seguidor por defecto tiene 56 módulos de 2,15 × 1,06 m y 30 kg cada uno, sobre un tubo de torsión de 60,7 m. El caso de viento a 0° usa 25 m/s; el de 45° usa 15 m/s. El par unitario determinante resultante es 176.58 N·m/m.
| Resultado predeterminado del rastreador | Valor |
|---|---|
| Par excéntrico del viento a 0° | 10,718.42 N·m |
| Par de torsión de la unidad a 0° | 176.58 N·m/m |
| Par excéntrico del viento a 45° | 3,858.63 N·m |
| Par por excentricidad gravitacional | 1,513.43 N·m |
| Par total de la unidad a 45° | 88.50 N·m/m |
| Carga de diseño por nieve | 0.175 kN/m² |
Utilice la unidad de torque establecida como entrada para el siguiente paso de ingeniería, como la comprobación del tubo de torque, la unidad de transmisión, los cojinetes, los amortiguadores y la respuesta de la fila. La calculadora no confirma que estos componentes son adecuados.
Cómo utilizar las tres secciones de referencia
Combinaciones de carga
La tabla de combinaciones de carga enumera 12 factores del libro de trabajo suministrado. Las combinaciones de resistencia incluyen la gravedad, 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 miembros dentro de la herramienta del navegador. Aplique la combinación correcta en su análisis estructural, y luego introduzca las fuerzas y momentos resultantes en los campos del miembro.
Coeficiente de altura por presión de viento μz
Encuentre la altura del proyecto en la primera columna, luego pase a la zona A, B, C o D. Las notas debajo de la tabla describen las categorías de terreno del libro de trabajo. Si la altura se encuentra entre dos filas, siga la regla de interpolación o selección en el estándar correspondiente en lugar de elegir un valor a ojo.
Coeficiente de nieve mono-pendiente μr
El diagrama separa la distribución horizontal de la nieve del techo inclinado y muestra α en el borde inferior del techo. Seleccione el valor de μr que corresponda a la pendiente del techo en la tabla. No lea la larga barra horizontal de nieve como la superficie del techo; representa la distribución uniforme de la nieve mostrada en los datos originales.
¿Qué significan “Aprobar”, “Revisar”, utilización y "desviar"?
Esfuerzo es la demanda interna calculada por área. Resistencia de diseño es el valor de comparación que ha introducido. Aprovechamiento ¿El estrés se divide por la resistencia del diseño? Un valor de 80% significa que la demanda calculada es de 80% de la resistencia introducida; 105% significa que es 5% superior a ella.
La herramienta marca el aprovechamiento igual o inferior al 100 % como «Apto» y los valores superiores como «Revisar». Para la flecha, marca la fila como «Apto» cuando la flecha real está en o por debajo del límite mostrado. Son comparaciones numéricas, no una aprobación de ingeniería.
Un diseño real también puede requerir comprobaciones para la deformación, la deformación local, la deformación lateral-torsional, la fatiga, la resistencia de la conexión, el desprendimiento, la carga, el vuelco de la cimentación, el deslizamiento, la resistencia del suelo, la respuesta dinámica del rastreador, las condiciones de montaje, la pérdida por corrosión, las tolerancias y los casos accidentales. Pregunte al ingeniero del proyecto qué comprobaciones son las que rigen.
Nueve errores comunes de entrada a evitar
- Mezclar milímetros y metros. Esto puede cambiar un resultado en 1.000 veces o más.
- Introducir la presión del viento como velocidad del viento. La velocidad del viento debe expresarse en m/s; la presión es un resultado calculado en Pa.
- Utilizar las dimensiones del módulo para toda la tabla. El tamaño del módulo y la longitud del elemento estructural son entradas separadas.
- Estimar μz únicamente a partir de la altura. La categoría de terreno también cambia el coeficiente.
- Utilizar la profundidad de la nieve sin confirmar la densidad. Las mismas profundidades pueden producir diferentes cargas cuando la densidad de la nieve es diferente.
- Introducir las dimensiones del perfil en Wnx o Wny. El módulo de sección debe obtenerse de un cálculo o tabla de una propiedad de sección.
- Dejar el libro de trabajo en su estado actual para un nuevo proyecto. Los momentos y fuerzas por defecto describen la muestra, no tu estructura.
- Considerar las combinaciones de referencia como automáticas. Los campos de solicitud de los miembros todavía necesitan resultados de análisis correctamente combinados.
- Leer “Aprobado” como indicativo de que está listo para su uso. Solo informa la comparación que está codificada en la herramienta.
Guarde un conjunto de entradas verificadas, modifique solo un valor a la vez, y anote qué resultado cambia. Esto facilita la detección de errores unitarios y dependencias inesperadas. Use el botón "Restablecer" siempre que quiera volver a los valores predeterminados del libro de trabajo.
Preguntas frecuentes
¿Puedo usar la calculadora sin experiencia en ingeniería?
Puede utilizarlo para aprender las relaciones y preparar una comparación preliminar. Para una revisión de un proyecto, los coeficientes, las propiedades de la sección, las fuerzas de análisis y los criterios de aceptación deben ser proporcionados o revisados por alguien cualificado en diseño estructural.
¿Dónde encuentro la velocidad de diseño del viento correcta?
Utilice la base de diseño del proyecto, la autoridad competente o el mapa y el método requeridos por el estándar local adoptado. No copie la velocidad del viento de una aplicación meteorológica o de otra ciudad.
¿El calculador aplica automáticamente todas las combinaciones de carga?
No. Muestra la tabla combinada del libro de trabajo como referencia. Introduzca las fuerzas y momentos de los miembros del caso de análisis estructural combinado correcto.
¿Qué debo hacer cuando un resultado dice “Revisar”?
Primero, verifique las unidades y los datos de origen. Si las entradas son correctas, solicite al ingeniero estructural que revise la sección, el vano, el refuerzo, la vía de carga, el modelo de análisis y los criterios de aceptación. No resuelva un resultado excesivo cambiando un coeficiente sin apoyo técnico.
¿Por qué un pequeño aumento en la velocidad del viento provoca un cambio tan grande en la presión?
La presión del viento básica es proporcional al cuadrado de la velocidad del viento. Si la velocidad aumenta en 10%, la presión aumenta en aproximadamente 21% antes de aplicar otros coeficientes.
¿Puede este calculador determinar el tamaño de los cimientos o de los anclajes para el tejado?
No. No verifica el suelo, el lastre, los pilotes, la extracción de anclajes, la capacidad del tejado ni los detalles de conexión. Utilice nuestro documento separado calculadora de carga por viento y nieve para otra carga preliminar, luego obtener comprobaciones específicas del proyecto para la cimentación y las conexiones.
¿Puedo usarlo tanto para miembros de acero como de aluminio?
La comparación de tensiones acepta propiedades de sección modificables y resistencia de diseño, pero los cálculos de resistencia correctos varían según el material y la norma. Confirme el modelo de la sección, los factores, las reglas de pandeo y los valores de resistencia con el ingeniero del proyecto.
¿Por qué las unidades de inclinación fija y de seguimiento son diferentes?
Los dos modos reproducen diferentes modelos de libro de trabajo. La geometría de inclinación fija se introduce principalmente en milímetros, mientras que la geometría de seguimiento se expresa en metros, ya que su principal resultado es el par por metro de tubo.
¿Listo para probar con los datos de tu propio proyecto?
Abra la calculadora en una segunda pestaña, mantenga esta guía a su lado, y reemplace solo los valores predeterminados con valores verificados. Para el soporte de inclinación fija, envíe a LuminVolt su diseño de módulo, información sobre la carga del sitio y planos del proyecto. Para proyectos de seguimiento, compare las plataformas de los fabricantes antes de solicitar un presupuesto.