Cálculo de presiones vs. velocidad del viento: ¿Cuál es la diferencia y por qué es importante al instalar energía solar FV?

Antes de instalar un sistema de energía solar fotovoltaica (FV) en un techo metálico, es fundamental comprender la diferencia entre la presión y la velocidad del viento, así como su impacto en la seguridad estructural de los módulos FV. Conocer estas variables permite a los instaladores evaluar mejor los requisitos de montaje y anclaje para asegurar que los sistemas fotovoltaicos resistan las condiciones ambientales locales, protegiendo tanto los techos como los paneles FV contra daños causados por vientos fuertes.

¿Qué es la velocidad del viento?

• • La velocidad del viento se refiere a la rapidez con la que el viento se desplaza en una dirección específica. En términos de instalaciones solares, afecta directamente las cargas a las que los sistemas estarán sujetos.
    
    El viento es lo que intentará o ejercerá la fuerza para levantar los módulos de la instalación.
    
    

¿Qué es la presión del viento?

• • La presión del viento es la fuerza directa que el viento ejerce sobre una superficie, como a los módulos FV instalados en techos. Esta presión depende de factores específicos del sitio y de la geometría del edificio, lo que puede aumentar o reducir la carga soportada por los anclajes con los que se fijaron o montaron los módulos solares al techo.
    
    Sabemos que el viento intenta desplazar el módulo; sin embargo, esa acción se cuantifica como presión de viento para medir la fuerza aplicada en los anclajes. Este factor es clave al instalar módulos FV, ya que asegura que los anclajes soporten las exigencias climáticas del sitio, garantizando la resistencia y estabilidad del sistema en el techo.
  
  Ejemplo de levantamiento de módulos FV por vientos

¿Por qué es importante saber la diferencia?

Saber la diferencia entre estos dos conceptos es esencial, ya que un edificio puede estar en la misma ubicación y tener la misma velocidad de viento, pero si su altura o inclinación cambian, las presiones también lo harán. Esto afecta directamente los anclajes y la resistencia de los materiales. Por ejemplo, si un techo tiene una pendiente más pronunciada o es más alto, estará expuesto a mayores presiones, lo que podría requerir mayor cantidad de anclajes.

Lo que podría significar:

• Cambios en la presión del viento según la altura e inclinación del techo
• Aumento en las exigencias para los anclajes 
• Selección adecuada de los anclajes para garantizar la seguridad del sistema

La correcta disposición de los anclajes es vital para la seguridad de los sistemas FV, especialmente en zonas con alta exposición al viento, ya que la presión varía según la altura del edificio y la inclinación del techo.

Durante el paso del Huracán Otis en Acapulco, la intensidad de los vientos provocó el levantamiento en el techo metálico, sin embargo, en las zonas donde se habían instalado módulos FV con los soportes de S-5!, se logró evitar el desprendimiento de estos.

Ejemplo de cálculo de presiones

Vamos a ver un ejemplo de un sistema fotovoltaico instalado sobre el techo de un edificio con las siguientes dimensiones:

• Ancho: 30 metros
• Largo: 50 metros
• Altura: 6 metros
• Pendiente del techo: 5 grados
• Velocidad del viento: 170 km/h (47.22 m/s)
  
  

Si en este ejemplo utilizamos módulos FV de 238 cm x 113 cm y realizamos los cálculos conforme al reglamento ASCE 7-16*, observamos que en las zonas del techo con mayor exposición al viento, los anclajes deben soportar hasta 7,400 Newtons por módulo FV.

En las áreas de menor exposición, la presión se reduce a 2,300 Newtons por módulo FV como podemos ver en la tabla de presiones por zona de viento. Esto indica que la selección y distribución de los anclajes pueden variar significativamente en función de las presiones específicas de cada zona del techo, asegurando que la instalación se adapte de forma segura a las condiciones del entorno.

Tabla de presiones por zona de viento en el techo

*ASCE 7 (American Society of Civil Engineers): Es un estándar clave que establece los requisitos mínimos de diseño para la construcción de edificaciones, incluyendo la resistencia a cargas de viento, sismo, nieve y otros eventos naturales. La ASCE 7 proporciona las directrices para calcular las presiones de viento en estructuras, teniendo en cuenta la velocidad del viento, la ubicación geográfica, la geometría del edificio y otros factores críticos. Estos cálculos son fundamentales para garantizar la seguridad estructural de proyectos en diversas condiciones climáticas.

Variaciones según la geometría

Ahora, consideremos el mismo edificio, pero con una altura de 12 metros y una inclinación de 8 grados. Usando la misma velocidad de viento, 170 km/h (47.22 m/s) vemos que la geometría modificada cambia las zonas de presión en el techo. En esta nueva configuración, la zona de mayor exposición tendrá una presión de 8700 Newtons, mientras que la zona de menor exposición sube a 5100 Newtons. 

Esto demuestra cómo la altura y la pendiente del techo afectan las presiones de viento y por lo tanto afecta en cómo calcular y elegir el montaje correcto para el sistema de módulos solares.

Impacto del tamaño del módulo

Si cambiamos a un módulo FV más pequeño (175 cm x 110 cm) en un edificio con las mismas dimensiones y geometría del ejemplo anterior, observamos un cambio drástico en las presiones. La presión máxima se reduce a 4500 Newtons en la zona de mayor exposición, mientras que en la zona de menor exposición será de 2800 Newtons. Esto resalta la importancia de considerar el tamaño de los módulos FV al calcular las presiones a las que estarán sometidos.

Ideas para considerar

Para asegurar la durabilidad y seguridad del montaje o anclaje de un sistema FV, es más preciso calcular las presiones del viento en lugar de simplemente la velocidad del viento. Aunque la velocidad del viento es un dato importante, es crucial comprender que las presiones ejercidas sobre los anclajes y demás accesorios no dependen únicamente de la velocidad, sino también de la geometría del edificio y las características del módulo FV, lo que se refleja directamente en la sujeción de los paneles.

Las presiones específicas reflejan las cargas reales que afectan a los módulos FV y sus anclajes, especialmente en techos inclinados o altos. Con un buen entendimiento de estas variables y, un diseño calculado con las mismas, el sistema FV cumplirá con las condiciones de seguridad necesarias en su montaje, protegiendo tanto la inversión como la estructura del techo.

Recuerda: No se trata solo de resistir una velocidad de viento específica, sino de revisar cada proyecto de manera individual para evaluar las presiones presentes en el sitio y garantizar un anclaje seguro y resistente.

En S-5!, podemos ayudarte con el cálculo de presiones para asegurar que los módulos FV estén protegidos y los anclajes cumplan con los requisitos necesarios. Para un cálculo preciso,  proporciona la configuración de los módulos FV, la ubicación geográfica exacta del proyecto, las especificaciones del techo metálico, la geometría del edificio. Con esta información, nuestro equipo de ingeniería podrá ofrecerte soluciones personalizadas, permitiendo que tu sistema solar mantenga la seguridad y resistencia que demanda cada proyecto.

Contáctanos para obtener más información y asegurar que tu proyecto cuente con una instalación adecuada y resistente a las condiciones climáticas.