Torre De Alta Tensión 63101z

TORRE DE ALTA TENSIÓN Son las estructuras utilizadas para transportar la energía eléctrica a elevadas distancias. Su diseño tan característico e inconfundible las ha convertido en un icono de la energía eléctrica y de la propia industria. Consideraciones generales Corresponde a una torre de alta tensión de 47,5 m de longitud, con dos pares de alas y con un único vértice superior para el cable de guarda. Las alas inferiores miden 12,25 m cada una y las superiores 8,2 m. La longitud media de cada viga es de 2 m. Dado que la resistencia y la rigidez del terreno son, salvo casos concretos, muy inferiores a las de la estructura, la cimentación debe poseer un área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos los montantes. Esto conduce a que los cimientos sean en general piezas de volumen muy elevado respecto al volumen de las piezas de la estructura. Las acciones sobre la torre se clasifican en función del tipo de esfuerzo que originan, cargas verticales, longitudinales y transversales. De acuerdo a ello, las acciones que se debe considerar en el diseño de una torre de alta tensión son: Peso propio; Sobrecarga de hielo; Fuerza del viento; Desequilibrio de tracciones; Rotura de cables. Figura. Cargas estáticas sobre una torre de alta tensión.

Análisis estructural El modelo se ha realizado mediante unión de puntos para definir las vigas. El tipo de elemento empleado es beam4. En el mallado, se ha dividido cada viga en tres elementos, y el empotramiento se ha realizado puntualmente en cada pata. Tanto el análisis estático como el análisis dinámico se ha realizado utilizando ANSYS, un programa basado en el método de elementos finitos. Modelo de masas concentradas de la línea eléctrica: Mediante este modelo se pretende determinar si los resultados modales obtenidos para el modelo de celosías son extrapolables a una línea eléctrica compuesta por tres torres de alta tensión. En caso afirmativo, se espera que los modos de vibración y frecuencias naturales sean similares.

Los tipos de elemento usados son beam4, combin14 (resorte) y mass21 (masa puntual con 6 GDL). Figura. Modelo de masas concentradas de una línea eléctrica

Análisis estático Las acciones consideradas en el análisis estático han sido las permanentes, la sobrecarga del hielo, la incidencia del viento y la rotura de un conductor, realizándolo en primer lugar al modelo simplificado para obtener el diagrama de flectores, como se ha mencionado con anterioridad. En este caso no importa las propiedades del material, dado que las leyes de esfuerzos dependen únicamente de la geometría y de las cargas. La rotura de los cables es la situación más desfavorable, como consecuencia de la propagación del impulso. Se dimensionan los perfiles con los resultados obtenidos. Análisis modal-espectral Dimensionados los perfiles de las vigas, se procede a realizar el análisis modal para determinar los modos de vibración de la estructura así como los valores de los factores de participación. Como se ha comentado, el método elegido en ANSYS es el de Block Lanczos. Los modos de vibración hasta un máximo de 10 Hz, entre ellos: Figura. Modos de vibración

Verificación y redimensionado de perfiles Los modos de vibración más peligrosos para la torre son aquellos que cumplen cualquiera de las siguientes características: a) Elevado factor de participación b) Comprendido entre frecuencias características. Observaciones y Conclusiones 1. En análisis estáticos, la rotura de los conductores produce esfuerzos muy elevados en las torres. 2. La colocación de los cables supone asimetrías másicas y de rigidez. 3. Conviene optimizar la distribución másica de la torre disminuyéndola en las alas y aumentándola en la base tronco-piramidal. 4. Para sismos de más de 0,06 g, el modelo falla fundamentalmente debido a la elevada longitud de las alas.

TIPO TCD Consideraciones generales La altura de la torre es de 23.98m de altura total (distancia entre el extremo superior y la base inferior de la torre), las secciones de la torre son variables con la altura. La torre de celosía es del tipo reticular, arriostrada, formada por perfiles de acero galvanizado, ensamblados con pernos y tuercas. Materiales:     

Perfiles angulares en acero ASTM A-36 y ASTM A572 Gr50, con resistencias mínimas a la fluencia de fy = 2,530kg/cm2, y de fy = 3,520kg/cm2 respectivamente. Planchas de uniones de acero ASTM A-36. Soldadura: Electrodos E70 XX. Pernos: ASTM A394 Tipo 0 Tuercas hexagonales: ASTM A394

Las cargas cubren las solicitaciones que afectarán a la torre tipo TCD durante su vida útil, carga muerta, carga en los conductores y cargas de viento y sísmicas. Análisis estructural En el diseño de la torre de celosía se procurará reducir al mínimo el número de elementos así como su variedad. Para el cálculo de esfuerzos y/o desplazamientos se usó el software SAP 2000v14.0.0 Figura. Modelo usado en el SAP2000

En las hojas de resultados del SAP2000v14.0.0 se muestran los esfuerzos más importantes en algunas de las barras: Tabla. Valores importantes ELEMENTO MONTANTE 1 TORRE CELOSIA, elemento (273): MONTANTE 2 TORRE CELOSIA, elemento (288): MONTANTE 3 TORRE CELOSIA, elemento (19): DIAGONAL 1 TORRE CELOSIA, elemento (301): DIAGONAL 2 TORRE CELOSIA, elemento (335): DIAGONAL 3 TORRE CELOSIA, elemento (316): REDUNDANTE 1 TORRE CELOSIA, elemento (91): REDUNDANTE 2 TORRE CELOSIA, elemento (85): REDUNDANTE 3 TORRE CELOSIA, elemento (575):

RESULTADO P = 35032.34 kg P = 24059.95 kg P = 21860.57 kg P = 847.70 kg P = 774.11 kg P = 1329.61 kg P = 2989.81 kg P = 1635.44 kg P = 787.60 kg

Conclusiones    

Se cumple con los requerimientos máximos por desplazamiento sísmico. Se verifica que la deformación máxima actuante es menor que la permisible Se verifica que la distorsión angular máxima actuante es menor que la permisible La deflexión relativa máxima en el elemento es de 0.004cm en la dirección X, 0.003cm en la dirección Y y 0.895cm en la dirección Z, siendo su longitud de L=148.19cm. Cumpliendo con los requerimientos del RNE.

Normativa Reglamento Nacional de Edificaciones R.N.E. Norma de Cargas E-020. Norma de Diseño Sismorresistente E-030. Norma de Diseño de Estructuras Metálicas E-090. American Society of Civil Engineers “Design Latticed Steel Transmission Structures” ASCE 97-10.  ASCE7-10, Minimum Design Loads for Building and Other Structures.     

Referencias bibliográficas Tesis:  ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UNA TORRE DE ALTA TENSIÓN, Eduardo Villanueva Domínguez  DISEÑO DE TORRES DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA, Alma Nancy Hernández Rosas; Fabian Morales Padilla