Diseño y modelación numérica estructural de una torre telescópica móvil para monitorización meteorológica

Abstract

En las estimaciones de la generación de energía de proyectos eólicos, es crucial contar con mediciones precisas del comportamiento del viento en la ubicación prevista para las turbinas. Tradicionalmente, esta medición ha dependido de torres meteorológicas, que son mástiles con instrumentos que registran los parámetros de viento que luego se analizan para futura instalación. Sin embargo, el uso de esta tecnología ha revelado desventajas significativas, como costos y tiempos elevados de instalación, mantenimiento, y en lo que respecta a este trabajo, incapacidad de caracterizar verazmente el recurso eólico en terrenos complejos. La complejidad de una zona potencial de parque eólico contempla la presencia de vegetación, áreas urbanas y cambios en la topografía, para así determinar la cantidad requerida de torres meteorológicas necesarias para caracterizar el viento. Las obstrucciones descritas cambian la rugosidad del terreno, afectan la estabilidad atmosférica y crean una variabilidad del viento que provoca considerables errores en las proyecciones de producción de energía de parques eólicos, lo que impacta la viabilidad económica y por lo tanto el futuro de los proyectos. Para resolver esto, este trabajo estudia el uso de torres telescópicas móviles que ubiquen los instrumentos requeridos de una torre meteorológica convencional, pero que a la vez permitan una rápida instalación y desarme. Esto permitiría realizar varias mediciones del terreno a corto plazo, o descartar al mismo en el caso de que se presenten resultados muy distintos a los esperados. Las torres móviles se usan convencionalmente para situar antenas de telecomunicación y suelen tener tamaños inferiores a 30 metros, altura insuficiente para la mayoría de las caracterizaciones eólicas, por lo que es necesario el diseño de una estructura que posibilite la ubicación de instrumentos a alturas de al menos 50 metros y a la vez un rápido asentamiento y desmonte. Este trabajo estudia el comportamiento de la estructura resultante con un cambio de sección transversal, para que al retraerse pueda movilizarse horizontalmente en un remolque. Se diseña una geometría similar a la torre en su máxima extensión, y se envía para un análisis externo de sensibilidad de la torre telescópica que obtiene el perfil dinámico del viento, que posteriormente entrega las presiones que este ejerce sobre la geometría de torre enviada inicialmente. Estas presiones se aplican en un análisis estático en Autodesk Inventor que también contempla los instrumentos de medición como cargas puntuales. Al obtener un diseño y resultados aceptables, se observa su respuesta dinámica con un análisis modal. También se hace una comparación paralela del desplazamiento resultante al aplicar cargas de compresión y de las frecuencias modales resultantes con una estructura de una sola sección de la misma altura y área superficial similar.