Sabine, Victoria..., ¿cuál será la siguiente?

La próxima tormenta es tan segura como el amanecer.

En los últimos años, una serie de tormentas han barrido Europa. La lista comprende algunas tormentas prominentes en Alemania como el huracán Niklas (2015), la tormenta Xavier (2017), el huracán Friederike (2018), el huracán Sabine y la tormenta Victoria (ambos en 2020). Durante el último huracán llamado Sabine, los vientos alcanzaron velocidades de hasta 177 km/h. Incluso en las tierras bajas, se pudieron medir velocidades de alrededor de 150 km/h. Esta es una razón suficiente para que echemos un vistazo más de cerca al cálculo de los sistemas fotovoltaicos. Porque una cosa es segura: ¡habrá más huracanes en el camino!

Cuando se calculan los sistemas fotovoltaicos en los tejados, es muy importante determinar los parámetros adecuados. De acuerdo con la norma DIN EN 1991-1-4 (en España UNE EN 1991-1-4), se debe tener en cuenta, por ejemplo, la zona de viento, la categoría del terreno y la altura del edificio. Como resultado, se puede determinar la presión de la velocidad de la ráfaga o la velocidad de la ráfaga de viento. De esta manera se consigue un dimensionamiento adecuado y correcto del sistema de montaje con los puntos de fijación correctos.

Además, hay factores adicionales para reducir la presión de la velocidad de las ráfagas (velocidad del viento) y la carga de nieve. Estos son las llamadas categorías de daños consecuenciales y la vida útil de un sistema fotovoltaico.

¿Qué significa la clasificación de los daños?

Según la norma DIN EN 1990: 2010-12, hay tres categorías para la clasificación de los daños (tabla B.1).

La clasificación de daños más baja es la CC1, que se utiliza cuando se espera que el daño tenga un bajo impacto en la vida humana y consecuencias económicas, sociales y ambientales pequeñas o insignificantes. Ejemplos de ello son los edificios agrícolas sin transporte regular de pasajeros (por ejemplo, graneros, invernaderos). En estos casos el valor de la presión de la velocidad de la ráfaga puede y se reducirá en un 10 %.

La siguiente clasificación de daños es CC2. Esto se aplica si, en caso de daño, se espera un riesgo de nivel medio para la vida humana, o impactos económicos, sociales o ambientales importantes. Ejemplos de ello son los edificios residenciales y de oficinas, y los edificios públicos con consecuencias de fallo medio. En la práctica, este caso debería utilizarse y se utilizará con mayor frecuencia. En esta categoría no es posible reducir la presión de la velocidad de las ráfagas.

La clasificación más alta es la CC3, que debe utilizarse si, en caso de daños, cabe esperar altos riesgos para la vida humana o impactos económicos, sociales o ambientales muy grandes. Ejemplos de ello son las tribunas o los edificios públicos con altas consecuencias de fallos, como las salas de conciertos. A diferencia de los dos escenarios anteriores, el valor de la presión de la velocidad de la ráfaga en estos casos se incrementa en un 10 por ciento.

Sin embargo, nuestra investigación no mostró ni un solo caso en el que se aplicara la clasificación más alta de CC3. De hecho, la categoría más utilizada es la CC1, lo que significa que las cargas se reducen en un 10 %.
 

¿Qué se entiende por duración de la vida?

En los cálculos estructurales de la construcción de edificios, se suele atribuir a un edificio una vida útil de 50 años. Sin embargo, también hay estructuras (las llamadas estructuras volantes) que sólo están diseñadas para un corto tiempo de construcción o vida útil. Entre ellas se incluyen los edificios diseñados para tener una vida útil de hasta 25 años. En estos casos, las velocidades del viento pueden reducirse en un 10 por ciento aproximadamente.

Si este punto de partida se aplica ahora a un sistema fotovoltaico que se clasifica como de una vida útil de entre 20 y 25 años, se utiliza el segundo escenario y se calcula el correspondiente porcentaje de reducción de las velocidades del viento. Este enfoque es controvertido, ya que un sistema fotovoltaico siempre está conectado a la estructura del edificio. Debido a la clasificación de 25 años, la esperanza de vida de la cubierta del tejado se reduce automáticamente, aunque esta - como parte de un edificio - se encuentra en la primera categoría mencionada anteriormente con una esperanza de vida de 50 años.

Si se suman ahora las respectivas reducciones del 10 por ciento de la clase de consecuencias de los daños y la vida útil, se utiliza la siguiente fórmula para reducir la presión de las ráfagas: 0,9 x 0,9 = 0,81 => aprox. 20 %.

Cálculo de la muestra

Si tomamos, por ejemplo, un edificio con una altura de 10 metros, que se encuentra en la zona de viento 1 y está en el borde de una zona residencial o industrial (categoría de terreno II), obtenemos una presión general de velocidad de ráfaga de 0,664 kN/m². Esto corresponde a una velocidad del viento de aproximadamente 117 km/h.

Si ahora reducimos esta velocidad del viento por la clasificación de daños específicos y la vida útil, obtenemos el siguiente valor: 117 km/h x 0,9 x 0,9 = 95 km/h. Esto corresponde a una reducción de la velocidad del viento de 22 km/h.

Si ahora cambiamos la categoría del terreno de II a III en el ejemplo anterior, la velocidad del viento que se aplicará de acuerdo con la norma para el mismo edificio es sólo de aproximadamente 102 km/h.

Si entonces se reduce la velocidad del viento para este escenario con los factores mencionados anteriormente, se aplica el siguiente valor: 102 km/h x 0,39 x 0,9 = 82 km/h. En este ejemplo de cálculo, la velocidad del viento se reduciría aproximadamente 35 km/h.

Los hechos

Cuanto más baja sea la velocidad del viento calculada para el edificio, más barato será el sistema fotovoltaico, ya que se requieren menos componentes en forma de puntos de montaje. En nuestro ejemplo de cálculo, con sólo especificar una categoría de edificio diferente, se obtiene una diferencia de valor en la velocidad del viento de 35 km/h. Esto es problemático porque mucha gente sólo considera el factor del costo y a menudo subestima las dimensiones y fuerzas de los huracanes. Así pues, ocurre una y otra vez que se encuentran lagunas en el sistema de cálculo con las categorías de edificios u otros datos a fin de obtener un sistema fotovoltaico que sea lo más eficaz posible en función de los costos. Esto es muy peligroso y puede tener consecuencias fatales en determinadas circunstancias. Esto se debe a que las depresiones de tormentas de los últimos años han alcanzado velocidades de viento de entre 130 y 150 km/h incluso en las tierras bajas, una fuerza que definitivamente no debe subestimarse.


Autor: Michael Fleischmann