Cómo SDC Verifier ayudó a Rable a optimizar los marcos de los paneles solares para tejados débiles
50%
Peso reducido en hasta 25 kg/m², lo que lo hace más ligero que las soluciones convencionales
Diseños estructurales optimizados en 6 configuraciones de bastidor
Modelos combinados de viga + placa para análisis local + global
- El proyecto se centró en la optimización de marcos ligeros de paneles solares para tejados industriales débiles, asegurándose de que soportan las cargas de la nieve, el viento y el peso propio.
- Utilizando SDC Verifier, RABLE realizó un detallado análisis de elementos finitos con modelos de vigas y placas, aplicando normas como el Eurocódigo 3 y DNV para validar la integridad estructural a la vez que se minimizaba el uso de materiales.
- El análisis iterativo permitió una distribución eficaz de la carga, la reducción de las concentraciones de tensión y el cumplimiento de las normas del sector, lo que dio como resultado un sistema de bastidor un 50% más ligero y totalmente reciclable.
Los bastidores de los paneles solares deben soportar cargas pesadas como la nieve, el viento y el peso. Sin una ingeniería precisa, se arriesgan a fallos, ineficiencias y un uso innecesario de materiales, lo que se traduce en mayores costes y menor durabilidad.
Para solucionarlo, RABLE ha desarrollado un sistema de montaje ligero que permite instalar paneles solares en tejados industriales y comerciales débiles. Sin embargo, garantizar que estos marcos fueran estructuralmente sólidos requirió una validación de ingeniería avanzada.
SDC Verifier proporcionó un análisis detallado y un proceso de optimización, garantizando que los bastidores cumplieran las estrictas normas de la industria al tiempo que se utilizaba el menor material posible.
Acerca de RABLE
RABLE es una empresa holandesa pionera en soluciones de montaje de paneles solares diseñadas para tejados planos, incluidos aquellos con poca capacidad estructural. Fundada en 2022, RABLE pretende maximizar la adopción de la energía solar eliminando las barreras tradicionales de instalación, como el pesado lastre y los costosos refuerzos de los tejados.
El reto de la ingeniería
Los bastidores de los paneles solares deben cumplir unas normas exigentes para soportar sin fallos las diversas condiciones ambientales. Los retos de ingeniería se centraron en el cumplimiento de laindustria normasoptimizando la integridad estructural y minimizando el uso de materiales.
Cumplir las normas del sector
Para garantizar la fiabilidad y la seguridad, el proyecto siguió unas directrices rigurosas:
- EN 13001 (2018): Comprobaciones de tensión estática lineal para verificar la resistencia estructural de componentes bajo carga.
- Normas de los miembros del Eurocódigo 3 (EN1993-1-1, 2005): Comprobaciones de miembros de vigas para evaluar la estabilidad.
- DNV Resistencia al pandeo de estructuras de chapa (2010): Análisis de elementos de chapa para evitar el pandeo estructural bajo una fuerza de compresión.
Casos de carga diversos
Los diseños se probaron frente a múltiples escenarios de carga para simular las condiciones del mundo real, incluyendo:
- Peso propio y peso de los paneles solares: Garantizar que los bastidores puedan soportar eficazmente su carga.
- Acumulación de carga de nieve: Se aplicaron diferentes coeficientes de acumulación (15, 20, 25 y 50 años) para variar las condiciones ambientales.
Optimización para la eficiencia
Un objetivo crítico era lograr la resistencia estructural necesaria minimizando al mismo tiempo el uso de materiales:
- El exceso de material aumenta los costes y el impacto medioambiental.
- Los bastidores mal diseñados corren el riesgo de fallar, poniendo en peligro la seguridad y la funcionalidad.
La solución de ingeniería requirió un modelado preciso y un análisis iterativo para lograr el equilibrio perfecto entre durabilidad y eficiencia. Al abordar estos retos, el equipo sentó las bases de un diseño que cumplía las normas reglamentarias y se ajustaba a los objetivos de rentabilidad y sostenibilidad.
La solución con SDC Verifier
SDC Verifier proporcionó una solución integral utilizando herramientas y metodologías analíticas avanzadas para abordar las complejas exigencias de la optimización del marco de los paneles solares.
Desarrollo de modelos de vigas y placas
El proceso de ingeniería comenzó con la creación de dos modelos complementarios:
- Modelos de vigas: Se diseñaron para evaluar el comportamiento estructural global de los pórticos, incluyendo la distribución de cargas, el análisis de tensiones y la estabilidad general.
- Modelos de placas: Se utilizan para el análisis detallado de zonas críticas propensas al pandeo, tensiones localizadas y elementos individuales como remaches y pasadores, garantizando que los bastidores cumplen las normas de seguridad y rendimiento.
Imagen: Vista general detallada del modelo del armazón del panel solar, mostrando las secciones clave de la estructura para su análisis.
Imagen: Vistas en primer plano de los elementos de chapa utilizados en el diseño del armazón, destacando las conexiones y los detalles estructurales.
Imagen: Comparación de los modelos de viga y placa utilizados para el análisis detallado, destacando su papel en el cálculo exacto de las fuerzas axiales y mejorando la precisión del diseño.
Optimización en múltiples casos
Los diseños se optimizaron probando varias configuraciones para identificar la disposición más eficiente para la distribución de la carga. A medida que aumentaba el número de filas de paneles solares, la carga se concentraba más en los soportes centrales, lo que requería una optimización precisa para garantizar la estabilidad y la durabilidad.
Se analizaron escenarios con 2 a 6 pórticos en la dirección transversal para determinar la disposición más eficiente para la distribución de la carga.
Configuraciones con varios bastidores en sentido longitudinal
Para optimizar la integridad estructural y la eficiencia del diseño, se analizaron varios escenarios con diferentes números de marcos tanto en dirección longitudinal como transversal. Este enfoque garantizó una comprensión exhaustiva de cómo la colocación de los marcos afecta a la distribución de la carga y a la estabilidad en condiciones reales.
Configuración y visualización de restricciones
Visualización de las restricciones del marco utilizadas para la optimización.
Imagen: Configuración de restricciones para el caso 1, que ilustra las condiciones límite básicas.
Imagen: Configuraciones de restricciones para los casos 2-5, que representan condiciones límite intermedias.
Imagen: Configuración de restricciones para el caso 6, resaltando los marcos laterales libres restringidos.
El equipo simuló una serie de escenarios reales aplicando diferentes condiciones límite en direcciones longitudinal y transversal. Estas variaciones permitieron identificar las configuraciones óptimas para la estabilidad, la eficiencia del peso y el rendimiento en condiciones exigentes.
Nivel de estrés
Las imágenes siguientes comparan el diseño inicial con el diseño optimizado, destacando las mejoras logradas mediante el análisis y el perfeccionamiento estructural.
Diseño inicial
El diseño inicial reveló concentraciones de grandes tensiones en zonas críticas, como conexiones, juntas y elementos de apoyo. Estos puntos de tensión indicaban un riesgo de debilidad estructural, especialmente bajo cargas pesadas como la acumulación de nieve.
Cuestiones destacadas:
- Esfuerzos elevados en las intersecciones de los marcos y en los lugares de los remaches.
- Distribución desigual de la carga, lo que provoca debilidades localizadas.
- Uso excesivo de material sin beneficios proporcionales de resistencia.
Diseño optimizado
Mediante análisis iterativos y refinamientos, el diseño optimizado redistribuyó las fuerzas de forma más eficiente, reduciendo significativamente las concentraciones de tensión en las zonas críticas.
Mejoras clave:
- Mejor distribución de la carga en toda la estructura.
- Reducción de las zonas de máxima tensión, disminuyendo el riesgo de fallo.
- Optimización del material, manteniendo la resistencia al tiempo que se minimiza el uso excesivo.
- Refinamiento iterativo:
Se evaluó la integridad estructural de cada caso, equilibrando el compromiso entre la reducción de peso y la estabilidad.
Este proceso puso de relieve configuraciones que maximizaban la estabilidad a la vez que minimizaban el uso de material.
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Imagen: Modelos de vigas y placas para varias configuraciones, que muestran la optimización del diseño y el análisis estructural.
Para garantizar la durabilidad y la seguridad, se realizaron cálculos detallados de la fuerza axial:
- Se analizaron las fuerzas en remaches, pasadores y pernos bajo cargas de cizallamiento, axiales y de flexión.
El análisis se centró en los componentes estructurales críticos, incluidos remaches, pasadores y placas, garantizando evaluaciones precisas de tensiones y momentos. Se aplicaron sistemas de coordenadas locales para mayor precisión, lo que permitió comprender el comportamiento de la carga en las conexiones.
Imagen: Análisis de componentes remachados bajo diversos casos de carga, destacando los sistemas de coordenadas locales para una distribución precisa de la fuerza.
Imagen: Remaches en el centro del armazón analizados para determinar las fuerzas bajo diferentes restricciones y condiciones de carga de nieve.
Imagen: Componentes del pasador sometidos a análisis de fuerza axial y cortante bajo diversos escenarios de carga.
Cada elemento del diseño del armazón presenta inherentemente un sistema de coordenadas local, lo que resulta crucial para la evaluación precisa de las tensiones y momentos en las uniones y conexiones críticas. Este enfoque localizado permitió un análisis detallado de las fuerzas axiales, de cizalladura y de flexión, garantizando que el comportamiento de cada componente se modelara con precisión en diversas condiciones de carga.
Tras completar los cálculos detallados de la fuerza axial, que confirmaron la durabilidad y seguridad del armazón, el equipo del proyecto centró su atención en otras innovaciones. Estos avances incluían:
- Diseño ligero: El peso del sistema se ha reducido hasta en 25 kg/m².lo que lo hace un 50% más ligero que las soluciones convencionales.
- Distribución eficaz de la carga: Optimización de la disposición estructural para gestionar las fuerzas de forma eficaz en todo el armazón.
- Tecnología de entramado: Los cables tensores se colocan estratégicamente para soportar eficazmente las cargas distribuidas sobre las zonas fuertes del tejado.
- Totalmente reciclable y de producción local: Paneles y estructuras fabricados de forma sostenible en los Países Bajos, reduciendo las emisiones de CO₂.
Aprovechando las capacidades de SDC Verifier, el equipo consiguió unos bastidores de paneles solares optimizados, duraderos y conformes a las normas, allanando el camino para unas instalaciones eficientes y fiables.
Resultados
La colaboración con SDC Verifier dio lugar a soluciones precisas y eficaces para optimizar los bastidores de los paneles solares y abordar las exigencias estructurales y los requisitos de la industria.
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Imagen: linkedin.com/rable-solutions
Diseños optimizados para diversos escenarios
Mediante un análisis exhaustivo, el proyecto proporcionó diseños a medida para múltiples configuraciones:
- Probado y optimizado para soportes de 2 a 6 centros, lo que garantiza la flexibilidad para adaptarse a diversas necesidades de instalación.
- Diseños refinados que equilibran el uso mínimo de material con la máxima estabilidad estructural, reduciendo los costes sin comprometer la seguridad.
Visualización de la distribución de la carga y las fuerzas axiales
Las simulaciones detalladas proporcionaron una visión clara del comportamiento de los pórticos bajo diferentes cargas:
- Los mapas de distribución de la carga resaltaron los puntos de tensión, lo que permitió dirigir el refuerzo allí donde fuera necesario.
- Se realizó un análisis de la fuerza axial en todos los componentes del modelo de viga, incluidos remaches, pasadores y pernos. Esto garantizó la solidez de las conexiones y el cumplimiento de las normas del Eurocódigo 3 para evitar posibles fallos bajo cargas a largo plazo.
Cumplimiento de las normas del sector
Todos los diseños se probaron y verificaron rigurosamente para cumplir las normas reglamentarias más importantes:
- EN 13001 (2018): Garantizar la estabilidad bajo cargas estáticas lineales.
- Eurocódigo3 (EN1993-1-1, 2005): Cumplimiento de los requisitos estructurales para elementos de vigas.
- DNV Resistencia al pandeo (2010): Cómo abordar los riesgos de pandeo en estructuras chapadas.
Los diseños finales alcanzaron el doble objetivo de eficiencia estructural y cumplimiento de la normativa, garantizando un rendimiento fiable y una mayor vida útil de las instalaciones de paneles solares.
