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COLEGIO DE INGENIEROS DE CHILE

Topicos Meteorológicos en el Diseño de Líneas de Transmisión: Ingeniería del Viento

EL TENIENTE AGOSTO-1944

Dr José VERGARA (DrJoseVergara@yahoo.com), Injeniero Civil (Hidráulico, Universidad de Chile, Chile),

Ph.D. (Ciencias de la Atmósfera, University of Maryland, USA)

Certificación Cold Region Engineering (University of Washington, USA).

Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:

TEMARIO

METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA (EL CONTEXTO)• Climas y Zona Frías• Variables y El problema de los Datos• Variabilidad, Cambio Climático y los Diseños

CLIMATOLOGIA del VIENTO• Viento Máximo • Viento Mínimo• Perfiles Verticales del Viento• Dirección del Viento y el Buen Trazado

CLIMATOLOGIA DE LA NIEVE Y HIELO• Avalanchas de Nieve y Cargas de Diseño.• Espesores de Hielo (datos reales)• Formación de Hielo sobre Estructuras.

CLIMATOLOGIA DE LAS TORMENTAS ELECTRICAS• Tormentas Eléctricas y Tornados.• Nivel Ceraunico y Periódos de Retorno.• Factor Topográfico• Campo Eléctrico

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Ingenieria del Viento: Es un Problema 4D

El viento es un problema 4D

LAS CARGAS DE VIENTO

• Dependen de las variables espaciales (x, y, z)• Dependen de Variables Temporales (frecuencia y secuencia)• Dependen de la Estructura• Monitoreo es insuficiente• No son Independientes y actúa con otras carga

NieveHielolluviaRayosTemperatura

NO EXISTE UN NUMERO UNICO

Factores Meteorologicos Diseño Lineas de Transmision:

METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA

CLIMA CHILE (OCEANICO)

BS : Seco EstepaBW: Extremadamente ÁridoCsb: Templado estación seca verano, verano largoCfb: Templado sin estación seca, verano largo.

H: Montaña

0-5000 m.s.n.m.

ZONA FRIA (ALTA MONTAÑA)

Se define CONGELAMIENTO DE SUELO, por al menos 1 mes.Las NORMAS Están en Contextos METEOROLOGICOS DIFERENTES

ASCE

IEC

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Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:

METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA

ZONA FRIA

CONGELAMIENTO DE SUELO, por al menos 1 MES

Temperatura del Mes más frio < 0°C

PEMAFROST DISCONTINUO o ESTACIONAL:

• Capa Activa (mallas de tierra y fundaciones)• Suelo congelamiento y descongelamiento.

ESPESOR TIPICO 3m

PERMAFROST CONTINUO O PERMANENTE:

Temperatura Media Anual < 0°C

PROBLEMAS CON PROPIEDADES MECANICAS Y ELECTRICAS SUELO

Factores Meteorológicos Diseño Líneas: Los Datos

METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA

• Variables y El problema de los Datos

• Variabilidad, Cambio Climático y los Diseños

• Períodos de Retorno de 50, 150 años cualquier tendencia afecta los diseños

EL PROBLEMA DE LA CALIDAD DE LOS DATOS ES UN TEMA SERIO

LOS DATOS METEOROLOGICOS TIENE QUE

SER MIRADOS CON CUIDADO

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TEMPERATURA (100 años Puerto Montt)

TEMPERATURA (110 años Puerto Montt): Tendencias?

3,1°C/100 años 0,5 °C/100 años

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TEMPERATURA (100 AÑOS SANTIAGO)

38,3 (2019)

35 (2018)

TEMPERATURA (100 AÑOS ARICA)

38,3 (2019)

35 (2018)

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Ingenieria del Viento: CAMBIO O VARIABILIDAD CLIMATICA

El viento es un problema 4D

NO CONFUNDIR CAMBIO CON

VARIABILIDAD CLIMATICA.

Es Importante para el DISEÑO

RESUMEN IMPACTO CLIMATICO CHILE: MODELOS

1. AUMENTO TEMPERATURA MEDIA 1-3°C PROXIMOS 30-100 AÑOS (AFECTA CAPACIDAD DE LINEAS)

2. REDUCCION EN LAS PRECIPITACIONES 10-20-30% (NO ESTOY DEACUERDO CON ESTE

RESULTADO)

3. AUMENTO PRECIPITACIONES INVIERNO ALTIPLANICO (AUMENTO TORMENTAS ELECTRICAS Y

REDUCE GENERACION SOLAR)

BASADO FUNDAMENTALMENTE EN RESULTADOS DE MODELOS NUMERICOS, LOS DATOS

NO CONFIRMAN LO ANTERIOR.

COMO IMPACTA LOS DISEÑOS?

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© Dr José VERGARA, drjosevergara@yahoo.com

CAPACIDAD TERMICA CONDUCTOR: CAMBIO CLIMATICO

EFECTO CAMBIO CLIMATICO

SIGNIFICA

T Cambio Climático= T aire +2 o 3 °C

REDUCE en 10% la capacidad del Conductor

OJO CON GENERACION SOLAR

Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:

TEMPERATURAS DE -21°C SE REQUIEREN ACEROS ESPECIALES

290 msnm

1000 msnm

1600 msnm

EFECTO CAMBIO CLIMATICO

TR: 50, 100, 150 años (viento):

DISEÑO CON ACEROS ESPECIALES 1600 msnm

INCLUIR MAGUITOS DE HIELO >500 msnm

Gran parte de las líneas SUPERAN los 1500 msnm

DATOS REALES solo PERMITEN garantizar Tr 30 años.

OJO CON DISEÑOS EOLICOS: HOY SE ESTAN EJECUTANDO ESTRUCTURAS DE 200 METROS

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Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:

CLIMATOLOGIA DEL VIENTO

• Viento Máximo • Viento Mínimo• Perfiles Verticales del Viento• Dirección del Viento y el Buen Trazado

EL PROBLEMA DE LOS TORNADOS VMAX: 100 km/h (F0) -220 km/h (F2)

Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión: factor TR

FACTORES RECOMENDADOS IEC (de 1,1 Y 1,2)

NO SE APLICAN EN MONTAÑA

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Factores Meteorológicos Diseño Líneas: VIENTO MINIMO

CLIMATOLOGIA del VIENTO

• VIENTO MÍNIMO (El Dia MAS CALUROSO del AÑO)

CUIDADO CON DISEÑOS SOLARES, DADO LIMITA LAS LINEAS

La velocidad del viento de 0,61 m/s o 2 pies/s, utilizada en el diseño, es un

tema observacional y guarda relación con instrumentos muy antiguos y

observaciones manuales que no permitían detectar vientos inferiores a 1 o 2

nudos (lo que se definía como calma), hoy los instrumentos modernos

(últimos 30 años), no tienen problemas y pueden medir vientos desde 0,1

m/s.

Un escenario de simultaneidad entre calma y temperatura máxima, no es

propio de condiciones meteorológicas de montaña y menos en nuestras

latitudes

DISEÑO:

F: Fuerza del viento

Q: Densidad del aire (p,T)

Zv: Perfil de viento sobre las torres (z0, z)

V10: Velocidad del viento medio a 10m

G: Factor de racha (tamaño estructura)

A: Área (perfiles y hielo)0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0,50 0,70 0,90 1,10

Densidad(z)/densidad(nivel del mar)

Altu

ra s

ob

re e

l n

ive

l d

el m

ar

(m)

Factores Meteorológicos F= Q(p) * (Zv(z) V10)2 * G * A

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10

=

2

1

)2(

)1(

z

z

zV

zV

( )2

1

)2()1(

zzLn

zVzV

Ln

=

1/= 1/5, 1/5,5 o = 10, 11 (ASCE)

PERFIL DE VIENTO SOBRE LAS TORRES: Zv(Z)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 100 200 300

Velocidad (km/h)

Altura

sobre

el suelo

(m

)

SE APLICA AL VIENTO MAXIMO

SI EL VIENTO ES REDUCIDO (por ejemplo 50%) EL PERFIL Y COEFICIENTE SE MODIFICA

Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:

CLIMATOLOGIA DE LA NIEVE Y HIELO

• Avalanchas de Nieve y Cargas de Diseño.• Espesores de Hielo (datos reales)• Formación de Hielo sobre Estructuras.

VIENTO Y HIELO MAXIMO SON SIMULTANEOS

UNA LINEA CON HIELO 4-6 MAS PESADA

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Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:

AVALANCHAS

SIEMPRE SERA MEJOR UN BUEN TRAZADO

EVITAR ZONAS DE DEPOSITO

EVITAR CABLE DENTRO DEL FLUJO

SIEMPRE SALTAR LAS AVALANCHAS

SI SE PASA PUNTO MAS ALTO ESTAR DISPONIBLE PARA EL VIENTO

LAS VELOCIDADES SUPERAN 130 km/h

Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:

AVALANCHAS DE NIEVE

VELOCIDAD SUPERA LOS 130 km/h

LAS VELOCIDADES SUPERAN 130 km/h

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Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión:

AVALANCHAS DE NIEVE

LA ZONA DE DEPOSITO SUPERA LOS 20 metros.

LA ACUMULACION SUPERA LOS 20 metros

EL TENIENTE

Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión: MANGUITO

Espesor Manguito de Hielo

• Espesores de Hielo (datos reales)

GEOGRAFIA

Dada las condiciones de precipitación y temperaturas:

Ocurre desde Chapiquiña-Arica a Puerto Willians

Espesor observado desde 10 a 60 mm

Pero siempre manguitos separados

Espesor de Hielo 40-60mm

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Tarea para la casa: “Carga de hielo”

PROBLEMA: Se requiere diseñar los CRUCES sobre El Canal de Chacao y Estuario del Reloncavi.

Pregunta:

Sobre el espesor de hielo (manguito) o Carga de Hielo.

A) Solo se aplica al Canal de ChacaoB) Solo de aplica al Estuario del Reloncavi.C) Se aplica en ambos Proyectos.D) No se aplica en ninguno de los Proyectos.

Tips: Ambos proyectos meteorológicamente son muy similares

Factores Meteorológicos Diseño Líneas de Transmisión: Rayos

CLIMATOLOGIA DE LAS TORMENTAS ELECTRICAS

• Tormentas Eléctricas y Tornados.• Nivel Ceraunico y Periódos de Retorno.• Factor Topográfico• Campo Eléctrico

La importancia del Cable a Tierra

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RAYOS: NUBE-TIERRA, NUBE-NUBE, ENTRE NUBE

TORMENTAS ELECTRICAS CORDILLERA ZONA CENTRAL: NIVEL CERAUNICO

Topografía: Protege de los Rayos en Factor 10

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• Plantear una norma conforme con la meteorología del pais.

• No desconocer la historia y la experiencia local.

• Se require desarrollarla ingeniería del viento montaña.

MUCHAS GRACIAS

José Vergara, Ingeniero Civil, Ph.D.

(Ciencias de la Atmósfera, University of Maryland, USA)

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