DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE ESTRUCTURAS METALICAS PARA INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS EN CHILE. MODELO Y CADENA PRODUCTIVA

Abstract

La empresa Ecoenergias Spa, dedicada a la instalación de sistemas de generación utilizandoenergías renovables no convencionales ha visto una buena oportunidad de negocios en lafabricación y venta de estructuras para montar paneles solares fotovoltaicos, para la utilizaciónen sus instalaciones y para su venta.Respondiendo a este interés, en este trabajo se presenta una línea de cuatro estructuras dealuminio diseñadas utilizando las siguientes normas chilenas de construcción:• NCh 432 – 2010: Diseño estructural – Cargas de viento.• NCh 2369 – 2003: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales• NCh 3171 – Diseño estructural – Disposiciones generales y combinaciones de carga.Las estructuras fueron diseñadas utilizando un software de diseño digital, el cual permite lageneración de planos de fabricación para su posterior proceso de manufactura.Las estructuras se presentan clasificadas según el tipo de instalación:• Techo Inclinado:o Estructura Aconcaguao Estructura Licancabur• Techo Plano:o Estructura Lonquimay• Piso Inclinadoo Estructura CalbucoLuego del diseño simulamos las cargas que indican las normas sobre las estructuras utilizandoel método de elementos finitos, analizando los parámetros de deformación y esfuerzosequivalentes respectivos de las estructuras frente a los distintos escenarios de carga.Se presenta el diseño de dos elementos para la sujeción de los paneles, los cuales tambiénfueron sometidos a las cargas que indica la norma utilizando el método de elementos finitos.También se especifica el anclaje respectivo para cada estructura, validando los sistemasseleccionados con los cálculos respectivos.Se evalúan dos opciones para la unión de los perfiles, utilizando pasador y soldando.Finalmente optamos por el caso del pasador ya que permite una estructura articulada coninclinación variable y los tiempos y costos de fabricación son considerablemente menores.Se especifica los procesos de manufactura respectivos para cada estructura, se definen lostiempos y costos asociados a cada proceso lo que entrega una buena referencia del costo defabricación de cada estructura sobre el cual se define el precio de venta.Se calcula la importación de materia prima, detallando proveedores y costos asociados.Finalmente se proponen dos modelos de negocio para la empresa según el nivel de producción:• 470 estructuras/año – Fabricación en maestranza externa• 2.070 estructuras/año – Fabricación en maestranza propiaSe presenta un análisis económico de ambos modelos, detallando los costos de inversión,costos fijos e ingresos proyectados a modo de herramientas para facilitar la decisión de laempresa.The Company Ecoenergias Spa, dedicated to non-conventional renewable energy systemsinstallation, saw a good business oportunity in the fabrication and selling of photovoltaic panelsstructures, to be used in their own projects and selling to external clients.According to that interest, in this work it is presented four alluminium structures designed usingthe following chilean construction policy:• NCh 432 – 2010: Structural design – Wind loads• NCh 2369 – 2003: Sismic design of industrial strucures and installations• NCh 3171 – Structural design – General disposition and load combinationsTh estructures were designed on digital software to generate fabrication blueprint to be used inthe manufacturing processThe structures are presented classified according to their installation type.• Inclinated roof:o Aconcagua structureo Licancabur structure• Non-inclinated roof:o Lonquimay structure• Inclinated ground:o Calbuco structureAfter the design we simulte the policy load son the structures using the Finite Element Method,analyzing deformation and equivalent stress parameters if the structures against different loadscenarios.It is included the design of two panel support elements, that were submited to the policy loadsusing the finite element method. It is also specified the anchorage system used for everystructure, validating the system with the respective calculations.It has been evaluated two options for the profile unions, barret and welding. Finally we selectedbarret because it permita n articulated structure with adjustable inclination and the time andcosts of fabrication were considerably minorIt is specified the manufacture process of each structure, defined times ancost of each processto have a good reference of the manufacture cost of each strucrure to help define the sellingprice.It is calculated the raw material cost, includion providers information and asociated costs..Finally it is proposed two business models to the company according to production levels:• 470 structures/year – Manufactured in external factory• 2.070 structures/year – Manufactured in own factoryIt is presented a economic analysis of both models, detailing investment costs, fixed cost andprojected incomes as a tool to ease the company decition