Calculo Viento Torres de Transmision

Determinación de la presión dinámica de base debida al viento en las torres de transmisión: Las presiones debidas a la acción del viento que se generan sobre superficies de estructuras, varían según la intensidad y la dirección del mismo. La presión dinámica de base, qz, es la que ejerce el flujo del viento sobre una superficie perpendicular a ésta y se puede determinar utilizando la siguiente expresión.[pic 1]

Donde:

G: es el factor de corrección por temperatura y por altura con respecto al nivel del mar, adimensional.

VD: es la velocidad de diseño, en km/h.

qz: es la presión dinámica de base a una altura z sobre el nivel del terreno, en kPa.

El factor 0.0000471 corresponde a la homologación de unidades para obtener la presión en kPa; cabe mencionar que éste toma en cuenta el valor de un medio de la densidad del aire (ρ=1.2255 kg/m3 para 15°C y al nivel del mar).

El valor del factor de corrección por temperatura y por altura con respecto al nivel del mar, G, se obtiene con la siguiente expresión:

[pic 2]

Dónde:

Ω: es la presión barométrica, en kPa.

τ: es la temperatura ambiente, en °C.

La siguiente tabla muestra la presión barométrica, Ω, a diferentes altitudes.

Cuadro Relación entre altitud y presión barométrica

Determinación de la presión del viento sobre las torres de transmisión

Las presiones del viento que actúan sobre las torres de transmisión se determinan tomando en cuenta los efectos dinámicos del viento. Dichas presiones se obtienen a partir de presiones equivalentes, las cuales emplean factores de respuesta dinámica. La presión dinámica se puede determinar con la siguiente expresión:

[pic 3]

Dónde: Pz: es la presión dinámica equivalente a la altura z, que se aplica en forma estática, en kPa.

Fg: es el factor de respuesta dinámica, adimensional.

Ca: es el coeficiente de arrastre de la estructura en la dirección del flujo del viento, adimensional.

qz: es la presión dinámica de base a una altura z sobre el nivel del terreno, en metros.

Factor de respuesta dinámica para torres de transmisión: Este factor se emplea para tomar en cuenta los efectos dinámicos que provoca el viento a partir de la presión estática, y se obtiene con la siguiente expresión:

[pic 4]

Donde:

α’: es el factor de variación de potencia, se toma en función del terreno. (Cuadro siguiente)

Ls: es la escala de turbulencia del viento, se toma en función del terreno.

K: es el factor de rugosidad del terreno, se toma en función del terreno.

h: es la altura total de la estructura sobre el nivel del terreno, en metros.

ho: es la altura de referencia de la estructura, debe tomarse como 2/3 de h.

Cuadro Parámetros empleados en la ecuación

gz: es el factor de ráfaga, variable según la altura z y se calcula con la siguiente expresión:

[pic 5]

Donde k, η, y, son valores adimensionales, dependen de la turbulencia y de la rugosidad del sitio; δ, es la altura gradiente en metros. Estos parámetros se muestran en la siguiente tabla.

Cuadro Parámetros empleados en la ecuación

Cálculo del coeficiente de arrastre

En placas planas o muros que son normales al flujo del aire, sólo se presenta una fuerza generada por el viento, la que es paralela a la dirección del flujo. Esta fuerza se denomina fuerza de arrastre. La fuerza de arrastre está definida por las presiones promedio que se presentan en barlovento y sotavento de la placa, y se puede determinar como:

[pic 6]

donde:

FA: es la fuerza de arrastre

pb: es la presión promedio en barlovento.

ps: es la presión promedio en sotavento

A: es el área frontal de la placa o muro.

Al dividir ambos lados de la ecuación, entre la presión dinámica 1/2ρaU2A, se obtiene:

[pic 7]

Para placas rectangulares que tienen una relación alto (h) entre ancho (b) en el intervalo 1/30<h/b<30, el valor del coeficiente de arrastre es:

[pic 8]

Cuando en la superficie de la placa o del muro existe porosidad, el arrastre producido en la placa se reduce, debido a que se permite el paso del aire, lo que reduce la diferencia de presión entre la cara frontal y trasera.

Para poder representar esta disminución en el coeficiente de arrastre, se introduce un factor de porosidad Kp, el cual depende de la solidez de la placa. La solidez de la placa se puede definir con un factor de solidez, δ, el cual está dado por:

[pic 9]

Para placas impermeables (sin porosidad) δ=1. Con base en lo anterior, el factor de porosidad se puede determinar como:

[pic 10]

El coeficiente de arrastre para placas que presentan porosidad será:

[pic 11]

La siguiente figura muestra una placa porosa sometida al viento.

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