Francisco Martín Antúnez Soria - Organización y montaje mecánico e hidráulico de instalaciones solares térmicas. ENAE0208

Como norma general, a la hora de estudiar una viga se seguirán los siguientes pasos:

1 Determinación del carácter de la viga: isostática o hiperestática.

2 Cálculo de las reacciones sobre los apoyos:Aplicando las ecuaciones de la estática (Σ F = 0, Σ M = 0), en caso isostático.Aplicando las ecuaciones de la estática y alguna condición de contorno, en el caso hiperestático.

3 Determinación de los diagramas de momentos flectores y esfuerzos cortantes.

4 Determinación de la sección más peligrosa y cálculo de la sección total de la viga con los datos obtenidos en la sección más peligrosa.

El cálculo de las reacciones en los apoyos y la determinación del diagrama de momentos flectores depende del tipo de apoyos y de la distribución de la carga sobre la viga.

Recuerde

Un elemento estará sometido a flexión cuando esté aplicada una fuerza exterior o carga sobre él de tal manera que produzca una deformación del eje en forma longitudinal.

Torsión

Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a retorcerlo. Es el caso del esfuerzo que sufre una llave al girarla dentro de la cerradura.

Elementos que se encuentran sometidos a torsión

Los elementos de máquinas, ejes y árboles que están efectuando transmisión de potencia de un motor o de una máquina motriz a la unidad impulsada están sometidos a torsión.

Definición

Ejes

Se utilizan como medio para sostener un determinado elemento de máquina, permitiéndole que gire alrededor suyo.

Árboles

Los de transmisión están destinados a transmitir momentos de rotación a distancia.

Generalmente, estos momentos torsores son consecuencia de los momentos exteriores que se transmiten al árbol (en el caso de elementos de máquinas) normalmente en los lugares donde se colocan las poleas, ruedas dentadas, etc.

Para la representación de momentos torsores emplearemos indistintamente flechas curvas, que indican el sentido de giro o una línea perpendicular al eje de la barra con dos círculos en representaciones planas.

En uno de ellos se coloca un punto que indica la salida de la flecha curva hacia el lector, y en el otro un aspa que significa que la flecha entra en el plano alejándose del lector.

El convenio de signos que adoptaremos para el momento torsor es el indicado. Se ha representado una rebanada del prisma mecánico, es decir, la porción de barra comprendida entre dos secciones indefinidamente próximas.

Cálculo de la tensión cortante máxima de torsión

En la teoría elemental de la torsión se admite que, en una pieza mecánica sometida a torsión pura, las secciones permanecen planas y la deformación se reduce a una rotación de las diferentes secciones alrededor de un eje perpendicular a dichas secciones. Se consiguen buenos resultados en el estudio de piezas cuya sección recta sea un círculo o una corona circular (árboles macizos o huecos).

Si consideramos el esquema de la figura, la deformación máxima se produce en la base derecha de la pieza considerada y viene definida por el ángulo de giro γ, denominado ángulo de torsión,que es el ángulo de giro total de los extremos de la barra cilíndrica.

Esa deformación consistiría en un desplazamiento relativo entre cada dos secciones próximas entre sí, sometidas a tensiones de cortadura, cuyas direcciones están contenidas en el plano determinado por las secciones rectas de la pieza.

Después de realizar cálculos de cierta complejidad y partiendo del anterior gráfico, tenemos que la tensión máxima de cortadura:

Donde:

M es el momento torsor.

R es el radio de la sección.

Recuerde

Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a retorcerlo.

Como como es lógico, un colector solar térmico debe estar apoyado sobre algún elemento que le permita conseguir, al menos, los siguientes objetivos:

1 Disponer de la inclinación adecuada, tanto al uso como al lugar.

2 Ofrecer una resistencia tal que le permita vencer las acciones de fuerzas externas al colector, como las acciones del viento.

3 Ofrecer estabilidad adecuada para que el colector no caiga o se desplace en función de la posición que ocupe.

Habitualmente, para cumplir con estos objetivos se utilizan unos soportes que permiten alojar los colectores solares térmicos. Estos soportes se denominan como “estructuras”.

El diseño de la estructura obedece a las características constructivas del colector, es decir, dimensiones, forma y peso, así como a las características de funcionamiento del mismo respecto de la instalación. Estas condiciones obligan al fabricante a que la estructura tenga un diseño determinado, que generalmente es afrontado por el fabricante del colector, ofreciendo además soluciones en función del resto de equipos que puedan ser conectados al colector.

De esta forma y, comercialmente hablado, hay diferentes modelos de estructuras, desde las que solo alojan al colector hasta las que alojan al colector y al acumulador.

Los materiales empleados suelen estar basados en perfiles planos, angulares y rectangulares, preferentemente de aluminio, que es sustituido por acero o hierro cuando las estructuras deben soportar bastantes colectores. Estos últimos materiales corresponden a diseños ac-hoc o a medida, que deben ser realizados de forma manual en todo su proceso para que cumplan con su función y además aguanten las inclemencias del tiempo a lo largo de los años de funcionamiento de la instalación.

Tal y como ya se ha comentado, los posibles tipos de estructuras que se puede encontrar va en función del colector o colectores que deba alojar. Sin embargo, se suelen clasificar en los siguientes tipos:

1 Estructuras para cubiertas planas.

2 Estructuras para cubiertas inclinadas o con pendiente cuya capa exterior está realizada con materiales de construcción.