SORAZU ECHAVE JOSÉ MANUEL (ES)
ABADÍA PÉREZ MARIANO (ES)
MARTINEZ MARTINEZ AMAIA (ES)
| WO2013030076A1 | 2013-03-07 | |||
| WO2008136717A1 | 2008-11-13 | |||
| WO2013149619A1 | 2013-10-10 |
| US20140033628A1 | 2014-02-06 | |||
| GB638089A | 1950-05-31 | |||
| CN111720269A | 2020-09-29 | |||
| ES2643088T3 | 2017-11-21 |
| REIVINDICACIONES 1 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón comprendiendo una parte inferior troncocónica (4), realizada total o parcialmente mediante anillos troncocónicos (1) superpuestos, y una parte superior (5) soportada sobre la parte inferior troncocónica (4), adoptando la parte superior (5) una forma troncocónica, cilindrica o una combinación de ambas, realizada total o parcialmente mediante anillos (2) superpuestos, y estando formados cada uno de estos anillos (1,2) por una única pieza prefabricada de hormigón o por varias piezas prefabricadas de hormigón unidas verticalmente entre sí, caracterizada porque comprende - uno o varios discos de anclaje intermedio (6) prefabricados de hormigón, con planta circular hueca en el centro y de altura menor que los anillos (1,2), estando dotado cada disco de anclaje intermedio (6) de una pluralidad de orificios (8) para vainas pasantes (9), distribuidos periféricamente, y de una pluralidad de alojamientos (10) para anclaje de cables de postesado (11), junto con los elementos complementarios de anclaje necesarios, también distribuidos periféricamente, pudiendo ser estos alojamientos (10): - de anclaje de inicio de cables de postesado (11,14) para un tramo de torre superior al disco de anclaje intermedio (6), - de anclaje de final de cable de postesado (11,13,14) para un tramo de torre inferior al disco de anclaje intermedio (6), - o una combinación de ambos, y estando distribuidos estos discos de anclaje intermedio (6) a distintas alturas de la torre, intercalados entre dos anillos (1,2), y - una pluralidad de cables de postesado (11) distribuidos en tramos de recorridos diferentes en altura, combinando cables (13) anclados en los cimientos (12), con cables (14) que unen entre sí dos o más discos de anclaje intermedio (6) de forma independiente de los cimientos (12), resultando un tensado de la torre por tramos parciales. 2 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según la anterior reivindicación, caracterizada porque comprende uno o varios discos de conexión (7) prefabricados de hormigón, con planta circular hueca en el centro y de altura menor que los anillos (1,2), estando dotado cada disco de conexión (7) de una pluralidad de alojamientos (10) para terminación y anclaje de cables de postesado (11) de postesado, distribuidos periféricamente, y de una pluralidad de pernos de conexión (15) distribuidos periféricamente insertados parcialmente en el hormigón. 3 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según la reivindicación 2, caracterizada porque los pernos de conexión (15) del disco de conexión (7) están distribuidos periféricamente más cerca del exterior del disco de conexión (7) que los alojamientos (10) para terminación y anclaje de los cables de postesado (11). 4 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según la reivindicación 2, caracterizada porque los alojamientos (10) para terminación y anclaje de los cables de postesado (11) del disco de conexión (7) están distribuidos periféricamente más cerca del exterior del disco de conexión (7) que los pernos de conexión (15). 5 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según la reivindicación 2, caracterizada porque el disco de conexión (7) está ubicado en la parte superior de la torre, como último elemento de la parte superior (5), y sobre él se encuentra la nacelle fijada mecánicamente a los pernos de conexión (15). 6 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según la reivindicación 2, caracterizada porque el disco de conexión (7) está ubicado como último elemento de la parte inferior troncocónica (4), y sobre él se encuentra el anillo (2) inferior de la parte superior (5) fijado mecánicamente a los pernos de conexión (15). 7 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según la reivindicación 2, caracterizada porque el disco de conexión (7) está ubicado como último elemento de la parte inferior troncocónica (4), y sobre él se encuentra una o varias piezas cilindricas metálicas (3), que constituyen la parte superior (5), fijado mecánicamente a los pernos de conexión (15). 8 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según la reivindicación 2, caracterizada porque el disco de conexión (7) está ubicado en la parte superior (5), como último elemento una sucesión de anillos cilindricos (2) superpuestos, y sobre él se encuentra un tramo de torre cilindrica metálica, que constituye la parte superior (5) restante, fijado mecánicamente a los pernos de conexión (15). 9 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a la 8, caracterizada porque el disco de conexión (7) está relacionado con uno o más discos de anclaje intermedio (6), de forma independiente de los cimientos (12), mediante cables (14) de postesado. 10 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a la 9, caracterizada porque el disco de conexión (7) está relacionado con los cimientos (12) mediante cables (13) de postesado. 11 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque la parte superior (5) de la torre comprende anillos (2) prefabricados de hormigón superpuestos. 12 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque la parte superior (5) de la torre comprende un tramo superior en la forma de una o varias piezas cilindricas metálicas (3). 13 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque la parte superior (5) de la torre es de un diámetro igual al diámetro superior del anillo troncocónico (1) situado a mayor altura de la parte inferior troncocónica (4), dando lugar a una torre continua. 14 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones 1 a la 12, caracterizada porque la parte superior (5) de la torre es de un diámetro sensiblemente menor que el diámetro superior del anillo troncocónico (1) situado a mayor altura de la parte inferior troncocónica (4), dando lugar a una torre discontinua. 15 - Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones 1 a la 12, caracterizada porque la altura desde la base de la parte superior (5) de la torre al eje de buje o rotor es igual o mayor que el radio del rotor del aerogenerador. |
Torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón
La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a una torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón, comprendiendo una parte inferior troncocónica, realizada total o parcialmente mediante anillos troncocónicos superpuestos, y una parte superior, adoptando una forma troncocónica, cilindrica o una combinación de ambas, soportada sobre la parte inferior troncocónica, realizada total o parcialmente mediante anillos superpuestos, estando formados cada uno de estos anillos por una única pieza prefabricada de hormigón o por varias piezas prefabricadas de hormigón unidas verticalmente entre sí, y siendo utilizadas preferentemente para torres de soporte de aerogeneradores, caracterizada porque se realiza un tensado de la torre por tramos parciales, mediante varios discos de anclaje intermedio prefabricados de hormigón, que permiten simultáneamente ser atravesados sin oponer ninguna resistencia por los cables que viene de la parte superior, anclar el inicio de un cable que reforzará la parte inferior y anclar el final de un cable que refuerza un tramo de torre superior al disco, y una pluralidad de cables de postesado distribuidos en tramos de recorridos diferentes en altura, combinando cables anclados en los cimientos, con cables que unen entre sí dos o más discos de anclaje intermedio de forma independiente de los cimientos, pudiendo combinarse con discos de conexión, también prefabricados de hormigón, para cambios de diámetro y fijación de nacelle o tramos metálicos de la torre.
Campo de la invención
La invención se refiere al campo de las torres realizadas total o parcialmente con elementos prefabricados de hormigón, con al menos el tramo inferior troncocónico, especialmente para soporte de aerogeneradores.
Estado actual de la técnica
Las torres son un tipo de estructura muy común utilizable desde hace mucho tiempo para diversos usos, como por ejemplo comunicaciones, antenas, pararrayos, observatorios forestales y/o turísticos, etc, y, especialmente en las últimas dos décadas, para turbinas eólicas o aerogeneradores.
Estas estructuras están caracterizadas principalmente: - MORFOLÓGICAMENTE porque están empotradas o apoyadas en el suelo donde se cimentan, y crecen verticalmente.
- ESTRUCTURALMENTE porque las cargas a soportar son esencialmente verticales, entre ellas el propio peso así como de los equipos eventualmente instalados sobre ellas. Otras cargas a soportar, de un orden de magnitud inferior, son las horizontales: habitualmente las presiones del viento y en ciertos casos la componente vertical de cables y atirantamientos para ayudarlas a ser estables. En el caso especial de las torres para aerogeneradores, aparecen nuevas cargas fruto de la rotación de las palas, pero siguen siendo cargas de mucha menor entidad que las verticales.
Como consecuencia de ello, las acciones mas importantes a resistir por la torres son cargas verticales, que combinadas con las horizontales se traducen en flexiones a lo largo de la estructura vertical, Las flexiones empiezan con un valor cero en la parte superior de la estructura, y crecen constantemente al descender por la misma acercándonos a la cimentación en el extremo inferior, donde las flexiones son máximas.
Ello hace que las torres siempre tengan una sección transversal que decrece cuándo se asciende, con mayor o menor rapidez en función del material de la torre, tipo de estructura, etc.
Los aerogeneradores están constantemente creciendo de tamaño, tanto en altura como en potencia de la máquina y tamaño y longitud de las palas, lo que se traduce directamente en un notable incremento de peso en cabeza de la torre. La combinación de mayor carga y altura introduce un incremento al cuadrado en los requerimientos estructurales o resistentes de sus torres de soporte.
Más recientemente, precisamente por el rápido aumento de la longitud de las palas, se establece una holgura mínima que estas, en su extremo más externo, cuando pasa por el punto mas bajo, deben conservar con la torre para no colisionar con la misma, especialmente cuando hay vientos fuertes, porque la pala se curva como efecto del mismo, y precisamente acercándose a la torre. Esta holgura mínima se suele denominar “paso de pala” mínimo, es decir, la distancia mínima o distancia de seguridad entre el extremo de la pala y el paramento exterior de la torre, para que pala y torre no puedan chocar o rozar aunque se deformen las palas por efecto del viento. Debido a esto, el “paso de pala” mínimo, o holgura mínima, una distancia horizontal entre pala y torre imprescindible, impone una limitación de diámetro a la torre a una cierta altura, que es el punto de menor cota por el que pasan las palas en su movimiento de rotación. Por debajo de ese punto no hay problema, la torre puede tener el diámetro necesario para poder elevarse lo deseado. Si se desea mayor resistencia, con aumentar el diámetro hasta la base puede bastar.
Pero esto origina un grave problema, una torre de gran altura con la parte superior limitada en sección y la parte inferior no, lo que implica una zona de transición entre ambas que debe soportar grandes esfuerzos y tensiones estructurales, difíciles de solventar y que pueden limitar la altura máxima alcanzable. Este problema, además, es cada vez más importante conforme se quieran utilizar generadores con palas mayores, ya que las palas más largas, o lo que es equivalente, rotores de mayor diámetro (Diámetro del Rotor = 2x longitud de pala + diámetro del buje o hub), implican mayores deformaciones, especialmente a mayores alturas, donde además la fuerza del viento suele ser superior. En resumen, es por ello que en las grandes torres, que suelen combinarse con palas también más grandes, la limitación denominada “paso de pala” es un parámetro que condiciona el diseño, limitando el diámetro máximo permitido en la torre a partir de la altura del extremo inferior de la pala.
Las torres para aerogeneradores pueden ser de acero, sólo de hormigón, casi siempre prefabricado, o una combinación de ambos materiales, siendo en tal caso la parte inferior de la torre de hormigón. Este hormigón está armado con ferralla, o “armadura pasiva”, instalada en la fábrica de prefabricación, y, además, para su estabilidad, la estructura es reforzada en el sitio final, con cables de acero postensados, o “armadura activa”, que puede ser interna o externa a las paredes de la torre de hormigón prefabricado.
La tecnología convencional de construcción de torres con elementos prefabricados de hormigón se basa en el apilamiento de elementos en forma de anillo hasta alcanzar la altura deseada. Estos anillos, normalmente tienen forma troncocónica para conseguir una base de sustentación amplia, pero la limitación de diámetro en la parte intermedia impuesta por el paso de pala contribuye negativamente al uso de este tipo de estructuras para grandes alturas. Las torres, para conseguir mayor rigidez y resistencia estructural incorporan unos cables metálicos flexibles, o cables de pretensado, también denominados torones, cuyas agrupaciones se denominan tendones, y que son postesados, es decir, tensados tras el vertido, fraguado y curado del hormigón, para dotar a la estructura de suficiente estabilidad. Los torones existen comercialmente principalmente en 2 diámetros, 0,5” (0 13 mm) y O,6”(0 15 mm), y son agrupaciones de 7 alambres individuales de acero de alta resistencia, en las que 6 alambres se enrollan helicoidalmente alrededor del séptimo.
El pretensado de armaduras postesas casi siempre se realiza con agrupaciones de torones, habitualmente entre 2 y 50 unidades, siendo entre 10 y 35 unidades lo más común. Estas agrupaciones de torones se denominan tendones y se anclan, como todo el conjunto de torones contra una placa de anclaje especial, cada uno con su propia cuña de acero. A lo largo de este documento entenderemos por tendones a una agrupación de uno o varios torones o cables de pretensado, abarcando ambas posibilidades.
En torres convencionales, estos tendones están anclados a la zapata de cimentación o en el anillo inferior, y en el anillo superior, o además una parte de ellos en otro anillo intermedio, y cuasi-verticalmente dispuestos comprimen con gran fuerza entre sí los anillos que componen la torre y garantizan una alta resistencia estructural. Un ejemplo de este tipo de torres prefabricadas lo encontramos descrito en el Modelo de Utilidad 200402504 " Estructura perfeccionada de torre modular para turbinas eólicas y otras aplicaciones " , en la que los cables tensores están dispuestos por el interior de la torre estando únicamente relacionados con los elementos que conforman la torre en unos pocos puntos. Sin embargo, a mayor altura se necesitan más cables de postesado que vayan hasta los cimientos, originando una gran densidad de cables en la base de la torre, con grandes longitudes, limitando también las posibilidades de aumentar la altura e incrementando la complejidad de la construcción y el coste debido a la gran longitud y cantidad de cables utilizada, siendo mucha parte de los cuales estructural mente innecesarios en una parte del tramo superior de la torre. Se ha intentado reducir la cantidad de cable necesario utilizando un número de tendones diferente en función de la altura, como se recoge en US8220212B2 " Concrete towef', que además incrementa la densidad del hormigón proporcionalmente con la altura de la torre, o DE29809541U1 " Dispositivo para la realización de estructuras altas ", que utiliza encofrado in situ, pero siguen teniendo el problema limitante de la alta densidad de cables en la base, ya que los cables necesitan estar anclados en la cimentación. En todos los casos, la cantidad de cables o acero de postension se reduce con la altura, y no está prevista la utilización en tramos locales de refuerzo, lo cual tiene el problema de que en la parte inferior se produce una acumulación de cables de tensado. No es posible con este tipo de técnicas aumentar el número de cables de tensado en aquellos tramos que sufran mayores esfuerzos estructurales, como refuerzo local.
Para poder conseguir torres más altas, se recurre a la combinación de diferentes tramos, como por ejemplo se describe en US2014033628 "Precast concrete post tensioned segmented wind turbine tower", que es una torre escalonada, compuesta de tres tramos cilindricos de diferentes diámetros conformados por prefabricados de hormigón, utilizando dos "segmentos de transición" prefabricados con superficie exterior tronco-cónica que sirven de anclaje para los cables de postesado, que van relacionados con la cimentación. Este tipo de torres no es la más apropiada para grandes alturas, ya que al tener el tramo inferior cilindrico, el punto de unión de la base con la cimentación es una zona que soporta los esfuerzos de toda la torre, que en el caso de aerogeneradores pueden llegar a ser muy elevados, requiriendo de una base de mayor diámetro, lo cual no está previsto. Además, utiliza en algún caso tensados por cables únicamente para la totalidad de cada uno de los tres tramos cilindricos por separado, pero no hay prevista forma de realizar tensados parciales entre dos tramos cualesquiera que lo requieran, ni tensados locales que refuercen las zonas de los segmentos, entre un tramo cilindrico y el siguiente. Las zonas de los segmentos serían puntos de transición que, en caso de torres de gran altura, con palas de aerogenerador muy largas, tendrían que soportar grandes esfuerzos estructurales, que necesitarían un incremento de sus resistencia. Es una torre no apta para solventar los problemas estructurales planteados por las torres de gran altura y por el paso de pala debido a su sencilla estructura de tramos cilindricos, con una reducida base de anclaje a la cimentación, incapaz de soportar los grandes esfuerzos de flexión originados en torre de gran altura. Su único objetivo es conseguir una fabricación sencilla, con anillos sencillos y segmentos cilindricos económicos de fabricar al no requerir demasiados moldes. Los discos son utilizados únicamente para cambiar de sección, al pasar de una sección a otra de menor diámetro, como soporte de las piezas cilindricas superiores, pero no dispone de medios para tensar, ni a los cimientos, ni localmente a otros discos. Por ello no serviría de referencia para solucionar los problemas técnicos planteados.
También se encuentran soluciones como la descrita en WO2013030076 "Method for erecting a tower structure, and tower structure", que utiliza una estructura con una base de sección parabólica para aumentar la superficie de contacto con la cimentación, y tramos de diferentes dimensiones, pero esto origina que se necesiten moldes específicos y diferentes para cada tramo, lo que complica enormemente el proceso de fabricación, generando un alto coste de fabricación que hace inviable su explotación comercial, además de no solucionar el problema de los mayores esfuerzos en las zonas de transición, ni prever tensados por tramos, estando asimismo limitada en su parte superior por el paso de pala, en caso de que querer alcanzar una gran altura, por lo que tampoco serviría de referencia para solucionar los problemas técnicos planteados.
Observamos como, en estos tipos de torres pretensadas, el número de cables de postesado puede ser constante en toda la torre, o disminuir con la altura, como se ilustra en WO2008136717 "Antenna iower structure with installation shafí', que utiliza anillos de grandes dimensiones, unas con anclajes y otras sin anclajes para cables, que implican un complejo proceso de fabricación, pero en ningún caso está previsto que pueda incrementarse con la altura si fuera necesario un refuerzo adicional en algún tramo concreto de anillos, o para reforzar alguna zona de transición especialmente problemática.
Otra combinación que se realiza, es combinar una parte inferior realizada con elementos prefabricados de hormigón, con una torre superior metálica, normalmente cilindrica, de menor peso pero de mayor rapidez en la construcción. Esto requiere de la utilización de un anillo de adaptación situado entre el tramo de torre prefabricado de hormigón y la torre metálica. Este anillo de adaptación es normalmente metálico, preferentemente de fundición o de acero forjado, como se describe en CN208057316U " Reverse flange structure of wind turbine generator system Steel reinforced concrete tower section of thick bamboo prestress wire" y en CN209671141U "Mixing tower drum adapter ring based on combined structure technology Estos anillos de adaptación, por su tecnología y tamaño/diámetro, son caros, y requieren de unas instalaciones tecnológicamente avanzadas y diferentes del prefabricado de hormigón, por lo que es frecuente que tengan que ser transportados desde largas distancias, lo cual limita su tamaño y complica la logística. En algún caso, como encontramos en WO2011157476A2 " Torre para un aerogeneradof' , se utiliza una anclaje combinado de hormigón y acero, o como en US2010257811A1 "Anchoring assembly part for a tower of a wind turbine " y ES2350135 "Sistema de conexión para torres mixtas de aerogeneradores" un anclaje en forma de anillo prefabricado de hormigón, entre una parte inferior de torre de hormigón, y un tramo superior metálico, pero todos estos anillos están previstos para realizar torres continuas, sin posibilitar cambio de diámetro entre un tramo y otro. En las torres de gran altura se origina el problema técnico de que, en ciertos tramos de las torre de hormigón, al combinar los momentos a resistir con la limitación de diámetro antes mencionada, que puede ser por la holgura de pala u otras limitaciones, asociadas con las vibraciones y la potencial entrada en resonancia, hace que existan tramos sean los que requieren más refuerzo con los cables de acero postensados. Hasta ahora estos cables eran más necesario cuanto mas cerca se estaba de la base, para compensar las mayores flexiones que se producen en la parte inferior sobre la cimentación. Por ello, todas la patentes señaladas contemplan la posibilidad de incrementar el número de cables desde la cimentación conforme se desciende por la torre. Esta solución, en caso de querer construir torres de gran altura, con zonas de cambio de forma de piezas, o con cambios entre hormigón y torre metálica, obligaría a utilizar un elevadísimo número de cables de tensado, que, en la práctica limitan la altura práctica obtenible con las técnicas actuales.
Existe además otro problema técnico relacionado con limitación constructiva del diámetro de la parte superior de la torre impuesta por el anclaje de la nacelle, que es el que define el diámetro a utilizar en los elementos prefabricados, ya que la técnica actual es, o bien ajustar el diámetro del último tramo al requerido por la nacelle, para que el acople se realice directamente, o bien utilizar un disco metálico de fundición que adapte el diámetro al requerido, solución esta muy costosa por el elevado coste económico del disco metálico de fundición, sus elevados requerimientos de resistencia estructural, y el elevado peso de la pieza, que dificulta el izado y colocación.
En el estado de la técnica actual no hay ninguna torre para aerogeneradores, con un tramo inferior troncocónico, que utilice elementos prefabricados de hormigón total o parcialmente y que realice tensado mediante cables o tendones por tramos parciales, reforzando únicamente aquellos tramos donde se producen mayores flexiones, utilizando discos intermedios, y posibilitando refuerzos en tramos específicos para incrementar su resistencia estructural sin necesidad de llevar todos los cables de postesado hasta la cimentación, ni que pueda además combinarse con discos de conexión prefabricados de hormigón, con insertos metálicos ya dispuestos para elementos metálicos como nacelle o otra torre metálica. Por ello, las grandes torres, con palas grandes, realizables actualmente, tienen un diseño limitado principalmente por el “paso de pala” que limita el diámetro máximo disponible en la torre a la altura del extremo inferior de la pala, así como la limitación constructiva impuesta por el anclaje de la nacelle, y requiere de refuerzos estructurales en la zona intermedia. Descripción de la invención
Para solventar la problemática existente en la actualidad en la construcción de torres de gran altura, especialmente para aerogeneradores más potentes y pesados, y con una pala cada vez mayor o más larga, por tanto con una limitación del diámetro máximo de torre por paso de pala cada vez más restringido y en una zona más baja de la torre, originando a veces zonas de transición que deben soportar grandes esfuerzos estructurales, evitando asimismo la limitación constructiva del diámetro de la parte superior de la torre impuesta por el anclaje de la nacelle, se ha ideado la torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón objeto de la presente invención, la cual comprende una parte inferior troncocónica, realizada total o parcialmente mediante anillos troncocónicos superpuestos, y una parte superior troncocónica, cilindrica, o una combinación de ambas, soportada sobre la parte inferior troncocónica, realizada total o parcialmente mediante anillos superpuestos, y estando formados cada uno de estos anillos por una única pieza prefabricada de hormigón o por varias piezas prefabricadas de hormigón unidas verticalmente entre sí, y asimismo comprende
- uno o varios discos de anclaje intermedio prefabricados de hormigón, dotados de una pluralidad de orificios para vainas o conductos pasantes para el paso de cables de postesado, distribuidos periféricamente, y de una pluralidad de alojamientos para terminación y anclaje de los cables de postesado o tendones, junto con los elementos complementarios de anclaje utilizados convencionalmente para su fijación, tales como placas de anclaje, cuñas de acero, etc., también distribuidos periféricamente, pudiendo ser estos alojamientos:
- de anclaje de inicio de cables de postesado para un tramo de torre superior al disco de anclaje intermedio, que se extiende o no hasta la coronación de la torre,
- de anclaje de final de cable de postesado para un tramo de torre inferior al disco de anclaje intermedio, que se extiende o no hasta la base de la torre,
- o una combinación de ambos, y estando distribuidos estos discos de anclaje intermedio a distintas alturas de la torre, intercalados entre dos anillos, y
- una pluralidad de cables de postesado distribuidos en tramos de recorridos diferentes en altura, combinando cables anclados en los cimientos con cables que unen entre sí dos o más discos de anclaje intermedio de forma independiente de los cimientos, resultando un tensado de la torre por tramos parciales, pudiendo por tanto aumentar o disminuir a voluntad la cantidad de cables de acero, de manera local, a lo largo de la altura de la torre dependiendo de las necesidades de refuerzo, reforzar el tensado en tramos intermedios de forma local, desde cualquier altura hasta cualquier altura, así como ser construida por fases en caso necesario.
La torre puede opcionalmente comprender uno o varios discos de conexión prefabricados de hormigón dotados de una pluralidad de alojamientos para terminación y anclaje de los cables de postesado o tendones, distribuidos periféricamente, y de una pluralidad de pernos de conexión distribuidos periféricamente insertados parcialmente en el hormigón. Estos pernos de conexión están destinados a la sujeción mecánica de estructuras metálicas, como por ejemplo la nacelle, piezas cilindricas metálicas que conformen un tramo metálico de la torre, etc....
Están previstas dos versiones del disco de conexión, una con los pernos de conexión distribuidos periféricamente más cerca del exterior, permitiendo de esta forma realizar torres continuas y otra con los pernos de conexión distribuidos periféricamente más cerca del interior, permitiendo de esta forma realizar torres discontinuas, con piezas de diámetro sensiblemente inferior al tramo por debajo.
Combinado con los discos de anclaje intermedio, este disco de conexión puede ubicarse:
- en la parte superior de la torre, como último elemento para fijar la nacelle,
- como último elemento de la parte inferior troncocónica, y sobre él se encuentra el anillo inferior de la parte superior,
- como último elemento de la parte inferior troncocónica, y sobre él se encuentra una o varias piezas cilindricas metálicas, que constituyen la parte superior
- en la parte superior, como último elemento una sucesión de anillos superpuestos, y sobre él se encuentra un tramo de torre, cilindrica o troncocónica, metálica, que constituye la parte superior restante.
Todas estas ubicaciones de los discos de conexión son combinables entre sí.
En cualquiera de las posibilidades de realización descritas, el disco de conexión está relacionado mediante cables de postesado con uno o más discos de anclaje intermedio, de forma independiente de los cimientos, con los cimientos, o con ambos. La torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón así constituida comprende en la parte superior anillos prefabricados de hormigón superpuestos. De manera opcional esta parte superior puede comprender además un tramo superior en la forma de una o varias piezas cilindricas metálicas dando lugar a una torre híbrida. Además, de forma complementaria, en caso de ser cilindrica, la parte superior ser de un diámetro igual al diámetro superior del anillo troncocónico situado a mayor altura de la parte inferior troncocónica, dando lugar a una torre continua, o bien la parte superior de la torre puede ser de un diámetro sensiblemente menor que el diámetro superior del anillo troncocónico situado a mayor altura de la parte inferior troncocónica, dando lugar a una torre discontinua.
La altura de la parte superior de la torre, cilindrica, troncocónica, o una combinación de ambas, será preferentemente, desde la base de la parte superior de la torre al eje de buje o rotor, igual o mayor que el radio del rotor del aerogenerador.
Ventajas de la invención
Esta torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón que se presenta aporta múltiples ventajas sobre las realizables con técnicas actuales siendo la más importante que, gracias a la utilización de discos de anclaje intermedios, permite realizar un tensado de la torre por tramos parciales, reduciendo el número y longitud de cables de postesado necesario, permitiendo alcanzar alturas superiores a las actuales sin incrementar la densidad de cables de postesado en la parte inferior de la torre y en la cimentación.
La utilización de discos que permiten simultáneamente ser atravesados sin oponer ninguna resistencia por los cables que viene de la parte superior, anclar el inicio de un cable que reforzará la parte inferior y anclar el final de un cable que refuerza un tramo de torre superior al disco dota a la torre de una flexibilidad de construcción enorme, posibilitando especialmente reforzar el tensado en tramos intermedios, mediante cables intermedios no relacionados con la cimentación, de manera local desde cualquier altura hasta cualquier altura, donde las necesidades estructurales así lo demanden, por ejemplo en la parte de transición de una sección de torre a otra, o de una parte de hormigón a una parte metálica. Según necesidades estructurales, los discos de anclaje intermedio pueden servir de anclajes para el final de cables que anclen esa parte con la cimentación, o con otro disco inferiormente dispuesto, reforzando así un tramo inferior, o pueden servir de anclajes para el inicio de cables que lo anclen con otro disco superiormente dispuesto, y que puede ser tanto discos de anclaje intermedio como disco de conexión para la nacelle o para un tramo de torre metálico, reforzando así un tramo superior. Ambas posibilidades simultáneas son también obviamente posibles.
Esta utilización de discos de anclaje intermedio posibilita así la combinación de tramos con diferentes tecnologías y formas, troncocónicas de hormigón prefabricado, cilindricas de hormigón prefabricado, metálicas cilindricas, etc. para la construcción de torres de gran altura, evitando el problema del paso de pala, posibilitando para ello el refuerzo local de las zonas de transición y unión entre tramos, compensando así los grandes esfuerzos estructurales que se originan localmente sin necesidad de incrementar el número de cables de postesado que bajan hasta la cimentación.
Una ventaja importante es que pueden alcanzarse grandes alturas, con la necesaria resistencia estructural, especialmente para conseguir soportar grandes tamaños de palas del aerogenerador, sin necesidad de grandes incrementos en el diámetro de la base de la torre. Las palas de gran tamaño implican que el tramo final de la torre tiene una limitación del diámetro máximo, especialmente a la altura del extremo de la pala, y desde ahí para arriba, originado por el paso de pala, es decir, por la necesidad de dejar un espacio de seguridad entre la torre y el extremo de la pala, que le permita deformarse por el viento sin chocar con la torre. Esto origina una zona alrededor de la altura del extremo de la pala, en la que no se puede incrementar el diámetro más, por lo que sufre de grandes tensiones estructurales en su transición con la parte inferior, troncocónica, y por tanto más resistente estructuralmente. Esta torre permite, mediante la utilización de discos de anclaje intermedios ubicados por encima y por debajo de esa zona, utilizar tramos parciales de tensado por tendones para reforzar localmente esa zona o cualquier otra necesaria, dotándola de mayor resistencia estructural y permitiendo mayores alturas sin incremento del diámetro en la parte superior.
Hay que destacar que esta estructura permite minimizar el número de moldes necesarios para elementos prefabricados de hormigón, al posibilitar realizar grandes tramos de la torre con estructura cilindrica, que requieren un único molde para el anillo, a diferencia de las partes troncocónicas, que requieren moldes diferentes para cada anillo, con la consiguiente reducción en la inversión económica que redunda en el abaratamiento de la torre. Otra ventaja es que esta torre permite utilizar cables de postesado en tramos parciales, entre discos de conexión intermedios ubicados apropiadamente, como refuerzo local en aquellas zonas que deben soportar mayores esfuerzos estructurales, como por ejemplo la unión entre el tramo troncocónico y el tramo cilindrico, o la unión entre tramos prefabricados de hormigón y gramos metálicos, sin necesidad de utilizar cables hasta los cimientos para ello. Además, todo ello permite construir la torre por fases separadas en el tiempo, o por zonas, dejando cada tramo construido perfectamente pretensado y estable en caso de que, por cualquier razón, hubiera que pausar la construcción de la torre antes de su finalización.
Además tiene la ventaja de prever discos de conexión prefabricados de hormigón con espárragos de conexión metálicos insertos en el propio hormigón, combinables con los discos intermedios, para facilitar la sujeción mecánica de estructuras metálicas, como por ejemplo la nacelle, piezas cilindricas metálicas que conformen un tramo metálico de la torre, etc.... , evitando la necesidad de costos anillos metálicos que dificultan y encarecen la construcción y evitando la limitación constructiva del diámetro de la parte superior de la torre impuesta por el anclaje de la nacelle.
Otra ventaja añadida de estos discos de conexión prefabricados de hormigón con espárragos de conexión metálicos insertos en el propio hormigón, es que los espárragos de conexión metálicos pueden colocarse tanto por dentro como por fuera con respecto a los anclajes para los cables de postesado, permitiendo pasar tanto a diámetros mayores como menores, lo cual redunda en una gran flexibilidad en la combinación de elementos constitutivos de la torre.
Debemos resaltar que los discos prefabricados de hormigón pueden ser de una única pieza, de dimensiones apropiadas para posibilitar el transporte por carretera desde el punto de fabricación hasta el de instalación y facilitar su montaje.
Esto propicia la ventaja de permitir la construcción tanto de torres exclusivamente realizadas con elementos prefabricados de hormigón, como torres híbridas combinando elementos prefabricados de hormigón con torres metálicas. Asimismo permite solucionar la construcción tanto de torres continuas, como discontinuas, permitiendo combinar tramos cilindricos de menor diámetro donde sea posible, por ejemplo en la zona de paso de pala del aerogenerador, con tramos de mayor diámetro donde sea necesario, poniendo cables de postesado locales como refuerzo estructural donde sea necesario. Esta técnica propicia la construcción de torres de gran altura, superior a las actuales, con menor complejidad y densidad de cables de postesado, mayor rapidez de construcción y menor coste económico, permitiendo adaptarse a la creciente necesidad de aerogeneradores más grandes, con palas cada vez mayores.
Descripción de las figuras
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el plano anexo se ha representado una realización práctica preferencial de una torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón.
En dicho plano la figura -1- muestra una vista en alzado, una vista en transparencia, un detalle del trazado de los cables de postesado, y unos detalles ampliados del paso de los distintos cables de postesado por los discos de anclaje intermedios y de conexión, de una torre continua realizada en toda su altura con elementos prefabricados de hormigón, con su parte superior cilindrica.
La figura -2- muestra una vista en alzado, una vista en transparencia, un detalle del trazado de los cables de postesado, y unos detalles ampliados del paso de los distintos cables de postesado por los discos de anclaje intermedios y de conexión, de una torre discontinua híbrida, realizada con una parte superior cilindrica combinando un tramo realizado con elementos prefabricados de hormigón con otro tramo realizado con una torre metálica.
La figura -3- muestra una vista en planta, y dos vistas laterales parciales seccionadas, de un disco de anclaje intermedio.
La figura 4 muestra dos vistas en planta seccionadas, a dos alturas diferentes indicadas en la figura 3, de un disco de anclaje intermedio.
La figura -5- muestra una vista en perspectiva, desde un punto de vista superior, de un disco de anclaje intermedio.
La figura -6- muestra una vista lateral seccionada en perspectiva de un disco de anclaje intermedio. La figura -7- muestra una vista en perspectiva, desde un punto de vista inferior, de un disco de anclaje intermedio.
La figura -8- muestra una vista en planta, y una vista laterales parcial seccionada, de un disco de conexión, en la variante de realización en la que los pernos de conexión están distribuidos periféricamente más cerca del exterior que los alojamientos para terminación y anclaje de los cables de postesado o tendones.
La figura -9- muestra una vista en planta, y una vista laterales parcial seccionada, de un disco de conexión, en la variante de realización alternativa en la que los alojamientos para terminación y anclaje de los cables de postesado o tendones están distribuidos periféricamente más cerca del exterior que los pernos de conexión.
La figura -10- muestra una vista en perspectiva, desde un punto de vista superior, de un disco de conexión, en la variante de realización en la que los pernos de conexión están distribuidos periféricamente más cerca del exterior que los alojamientos para terminación y anclaje de los cables de postesado o tendones.
La figura -11- muestra una vista lateral seccionada en perspectiva de un disco de conexión, en la variante de realización en la que los pernos de conexión están distribuidos periféricamente más cerca del exterior que los alojamientos para terminación y anclaje de los cables de postesado o tendones.
La figura -12- muestra una vista en perspectiva, desde un punto de vista inferior, de un disco de conexión, en la variante de realización en la que los pernos de conexión están distribuidos periféricamente más cerca del exterior que los alojamientos para terminación y anclaje de los cables de postesado o tendones.
Realización preferente de la invención
La constitución y características de la invención podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción hecha con referencia a las figuras adjuntas.
Según puede apreciarse en las figuras 1 y 2, se ilustra cómo la torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón comprende una parte inferior troncocónica (4), realizada total o parcialmente mediante anillos troncocónicos (1) superpuestos, y una parte superior (5) soportada sobre la parte inferior troncocónica (4), pudiendo adoptar la parte superior (5) una forma troncocónica, cilindrica o una combinación de ambas, realizada total o parcialmente mediante anillos (2) superpuestos, y estando formados cada uno de estos anillos (1,2) por una única pieza prefabricada de hormigón o por varias piezas prefabricadas de hormigón unidas verticalmente entre sí, y asimismo comprende
- uno o varios discos de anclaje intermedio (6) prefabricados de hormigón, como se detallan en las figuras 3, 4, 5, 6, y 7, con planta circular hueca en el centro y de altura menor que los anillos (1,2), estando dotado cada disco de anclaje intermedio (6) de una pluralidad de orificios (8) para vainas pasantes (9) para el paso de cables de postesado, distribuidos periféricamente, y de una pluralidad de alojamientos (10) para terminación y anclaje de cables de postesado (11), también denominados tensores, junto con los elementos complementarios de anclaje utilizados convencionalmente para su fijación, tales como placas de anclaje, cuñas de acero, etc., también distribuidos periféricamente, pudiendo ser estos alojamientos (10):
- de anclaje de inicio de cables de postesado (11,14) para un tramo de torre superior al disco de anclaje intermedio (6), que se extiende o no hasta la coronación de la torre,
- de anclaje de final de cable de postesado (11,13,14) para un tramo de torre inferior al disco de anclaje intermedio (6), que se extiende o no hasta la base de la torre,
- o una combinación de ambos, y estando distribuidos estos discos de anclaje intermedio (6) a distintas alturas de la torre, intercalados entre dos anillos (1,2), y
- una pluralidad de cables de postesado (11) distribuidos en tramos de recorridos diferentes en altura, como se detalla en las figuras 1 y 2, combinando cables (13) anclados en los cimientos (12), con cables (14) que unen entre sí dos o más discos de anclaje intermedio (6) de forma independiente de los cimientos (12), siendo los cables (13) y los cables (14) unos tipos particulares de cables de postesado (11), que es su denominación genérica. Los cables de postesado (11), por tanto, engloban tanto los cables (13) como los cables (14). resultando un tensado de la torre por tramos parciales, pudiendo por tanto aumentar o disminuir a voluntad la cantidad de cables de acero, de manera local, a lo largo de la altura de la torre de pendiendo de las necesidades de refuerzo, así como ser construida por fases en caso necesario.
La torre puede opcionalmente comprender uno o varios discos de conexión (7) prefabricados de hormigón, como se detallan en las figuras 8, 9, 10, 11, y 12, con planta circular hueca en el centro y de altura menor que los anillos (1,2), estando dotado cada disco de conexión (7) de una pluralidad de alojamientos (10) para terminación y anclaje de los cables de postesado (11) de postesado, distribuidos periféricamente, y de una pluralidad de pernos de conexión (15) distribuidos periféricamente insertados parcialmente en el hormigón. Estos pernos de conexión (15) están destinados a la sujeción mecánica de estructuras metálicas (16), como por ejemplo la nacelle, piezas cilindricas metálicas (3) que conformen un tramo metálico de la torre, etc....
En una realización preferente del disco de conexión (7), como se detalla en las figuras 8, 10, 11, y 12, los pernos de conexión (15) están distribuidos periféricamente más cerca del exterior del disco de conexión (7) que los alojamientos (10) para terminación y anclaje de los cables de postesado (11), permitiendo de esta forma realizar torres continuas, en las que las piezas por encima y por debajo del disco de conexión (7) mantengan unas mismas dimensiones, generando una continuidad en el diámetro.
Está prevista una realización alternativa del disco de conexión (7), como se detalla en la figura 9, en la que los alojamientos (10) para terminación y anclaje de los cables de postesado (11) del disco de conexión (7) están distribuidos periféricamente más cerca del exterior del disco de conexión (7) que los pernos de conexión (15), permitiendo de esta forma realizar torres discontinuas, en las que las piezas ubicadas por encima del disco de conexión (7) tengan un diámetro sensiblemente inferior al tramo por debajo del disco de conexión (7), generando una discontinuidad en el diámetro.
En una realización preferente de la torre, el disco de conexión (7) está ubicado en la parte superior de la torre, como último elemento de la parte superior (5), y sobre él se encuentra la nacelle fijada mecánicamente a los pernos de conexión (15). También es posible, de forma alternativa o complementaria a la anterior, que el disco de conexión (7) esté ubicado como último elemento de la parte inferior troncocónica (4), y sobre él se encuentra el anillo cilindrico (2) inferior de la parte superior (5) fijado mecánicamente a los pernos de conexión (15).
También es posible, de forma alternativa o complementaria a las anteriores, que el disco de conexión (7) esté ubicado como último elemento de la parte inferior troncocónica (4), y sobre él se encuentra una o varias piezas cilindricas metálicas (3), que constituyen la parte superior (5), fijado mecánicamente a los pernos de conexión (15). Asimismo es posible, de forma alternativa o complementaria a las anteriores, que el disco de conexión (7) esté ubicado en la parte superior (5), como último elemento una sucesión de anillos cilindricos (2) superpuestos, y sobre él se encuentra un tramo de torre cilindrica metálica, que constituye la parte superior (5) restante, fijado mecánicamente a los pernos de conexión (15).
En cualquiera de las posibilidades de realización descritas, el disco de conexión (7) está relacionado con uno o más discos de anclaje intermedio (6), de forma independiente de los cimientos (12), mediante cables (14) de postesado, con los cimientos (12) mediante cables (13) de postesado, o con ambos.
La torre de gran altura con elementos prefabricados de hormigón así constituida tiene una realización preferente en la que la parte superior (5) de la torre comprende anillos (2) prefabricados de hormigón superpuestos. De manera opcional esta parte superior (5) de la torre puede comprender además un tramo superior en la forma de una o varias piezas cilindricas metálicas (3), dando lugar a una torre híbrida. Además, de forma complementaria, en caso de que la parte superior (5) sea cilindrica, como se ha indicado, la parte superior (5) de la torre puede ser de un diámetro igual al diámetro superior del anillo troncocónico (1) situado a mayor altura de la parte inferior troncocónica (4), dando lugar a una torre continua, o bien la parte superior (5) de la torre puede ser de un diámetro sensiblemente menor que el diámetro superior del anillo troncocónico (1) situado a mayor altura de la parte inferior troncocónica (4), dando lugar a una torre discontinua.
La altura desde la base de la parte superior (5) de la torre al eje de buje o rotor es preferentemente igual o mayor que el radio del rotor del aerogenerador, como se muestra en la figura 1.
Los discos de anclaje intermedio (6) y los disco de conexión (7) serán preferentemente elementos prefabricados de hormigón constituidos por una única pieza, de dimensiones apropiadas para su transporte por carretera, aunque está previsto que, alternativamente, puedan estar constituidos por varios segmentos unidos horizontalmente entre sí mediante uniones metálicas, remaches, tensado por cables, o cualquier técnica conocida para unir elementos prefabricados de hormigón, para constituir los discos, pudiendo en este caso tener dimensiones mayores.
La persona experta en la técnica comprenderá fácilmente que puede combinar características de diferentes realizaciones con características de otras posibles realizaciones, siempre que esa combinación sea técnicamente posible.
Toda la información referida a ejemplos o modos de realización forma parte de la descripción de la invención.
Next Patent: POTENTIOMETER AND INSOLE