Cálculos de resistencia al viento de instalación

[karlibiri]

Un saludo a todos.

Me gustaría saber si alguien me podría orientar sobre cómo hacer los cálculos de resistencia al viento para la instalación de antenas para mi estación fija de radioaficionado. Ya tengo el proyecto casi perfilado a falta de unos pocos detalles y éste es el aspecto que más se te atasca. He buscado por internet y la verdad es que se me sigue costando, seguramente por torpeza mía...

Así que el que quiera, -de manera lo más sencilla posible, tanto para mí como para posibles compañeros a los que les pueda servir-, le estaría gratamente agradecido.

Mi instalación sería un simple dipolo de unos 19m de longitud total en V invertida y una antena vertical bibanda de V/UHF, sobre un mástil de 6m (2 tramos de Televes mod.3010) y soportada sobre la pared de una caseta de ascensor a unas alturas de 0,4 y 2,4m de altura respectivamente, y sin arriostrar.

Un saludo y gracias por adelantado!

[30CB009]

Buenas tardes !!

Recuerdo ver hace unos años por la red un Excel. De todos modos, te puedo ayudar en el cálculo si encuentras la normativa que aplica sin problema.

Un saludo

[karlibiri]

Hola Jonatan, he estado buscando y me imagino que te refieres al excel de EA1DDO:

www.ea1ddo.es/docu/Mastil_EA2RL.xls

Me piden también el desarrollo de las fórmulas, pero bueno, se puede sacar de los valores de las celdas...

Muchas gracias y a ver si no me cuesta mucho!

Saludos.

[30CB009]

Ese mismo era, si encuentras alguna dificultad ya nos comentas. Que entre todos lo podemos sacar .

[elgrajo]

Bajate este documento, en el se explica perfectamente como hacer y desarrolar los calculos.

https://www.dropbox.com/s/q078rctyy1ypb ... s.pdf?dl=0

Si con ese documento lo ves dificil me dices y te lo calculo en un momento.

Un saludo.

Edito, no hay mucha propagacion esta noche y me aburria:

Partimos de una distancia libre del mástil desde el anclaje superior de (3m de un mástil + 0,6m del otro desde la ultima fijación) 3.6m, con lo que obtenemos una superficie de:

Utilizamos la siguiente formula:

S=D x h x c

Siendo:

S = Superficie en m2.
D= Diámetro en m.
h= Altura libre desde la última fijación.
c= coeficiente de reducción para mástiles cilíndricos (0,7).

S= 0.045 x 3.6 x 0.7 = 0.1134 m2

Calculamos la fuerza al viento con la siguiente formula:

Fv = Pv x (S mastil + S antena)

Siendo:

Fv = Fuerza del viento en Kg.
Pv = Presión ejercida, 110 Kg/m2 (1080 N/m2).
(Considerando la presión del viento P (Normas VDE 0855 parte 1/7.71) a 150 Km/h).
S = Superficie del mástil en m2.


Fv = 110 x (0.1134 + aquí tienes que poner la superficie en m2 de tus dos antenas) = zzzz kg.

Por ultimo calculamos el momento flector del conjunto:

Mm = h x Fv.

Siendo:

Mm = Momento flector, en Kgm.
h = Altura libre del mástil desde la última fijación en m.
Fv = Fuerza del viento en Kg.

Mm = 3.6 x zzzz = yyyyy Kgm.

Según especificaciones del fabricante el momento flector del mástil es 656.75Nm (66.96 Kgm), con lo que si yyyy es inferior a ese momento flector no hace falta arriostrar la antena.

[karlibiri]

Vaya @elgrajo... no me esperaba que me lo fueses a dar todo tan mascado! . Muchísimas gracias! También a Jonatan! la verdad es que se me plantean ahora varios problemas porque no me llega el márgen de seguridad como para no poder arriostrar, con 77,82 Kgm. Tengo que consultar porque otro compañero al que pregunté e hizo sus cálculos (no me los mostró), me dijo que el márgen era aceptable con un 50% justito... no sé si hay algo que se escapa o algún cálculo mal hecho, pero me extraña... .

EDITO: Hay algo que no entiendo sobre el factor de velocidad del viento con respecto del suelo. No se si ese márgen es de 20m sobre el suelo de la azotea del edificio, o desde el suelo donde está edificado el bloque. Cito según se extrae del link enviado:

"La carga al viento o resistencia al viento nos indica el efecto que tiene el viento sobre la antena. El fabricante la expresa para una velocidad del viento de 120 km/h (130 km/h en la normativa reciente) y 150 km/h (generalmente los fabricantes sólo la suministran a 120 km/h). A la velocidad de 120 km/h se utiliza la carga al viento si la antena está colocada a una altura inferior a 20 m desde el suelo; si la altura es mayor de 20m entonces se utiliza la carga al viento a 150 km/h. Más adelante se estudia cómo se calcula la carga al viento de una antena a cualquier velocidad del viento, sabiendo la carga a 120km/h".

De nuevo muchas gracias a todos!

[30CB009]

Vaya @elgrajo... no me esperaba que me lo fueses a dar todo tan mascado! . Muchísimas gracias! También a Jonatan! la verdad es que se me plantean ahora varios problemas porque no me llega el márgen de seguridad como para no poder arriostrar, con 77,82 Kgm. Tengo que consultar porque otro compañero al que pregunté e hizo sus cálculos (no me los mostró), me dijo que el márgen era aceptable con un 50% justito... no sé si hay algo que se escapa o algún cálculo mal hecho, pero me extraña... .

EDITO: Hay algo que no entiendo sobre el factor de velocidad del viento con respecto del suelo. No se si ese márgen es de 20m sobre el suelo de la azotea del edificio, o desde el suelo donde está edificado el bloque. Cito según se extrae del link enviado:

"La carga al viento o resistencia al viento nos indica el efecto que tiene el viento sobre la antena. El fabricante la expresa para una velocidad del viento de 120 km/h (130 km/h en la normativa reciente) y 150 km/h (generalmente los fabricantes sólo la suministran a 120 km/h). A la velocidad de 120 km/h se utiliza la carga al viento si la antena está colocada a una altura inferior a 20 m desde el suelo; si la altura es mayor de 20m entonces se utiliza la carga al viento a 150 km/h. Más adelante se estudia cómo se calcula la carga al viento de una antena a cualquier velocidad del viento, sabiendo la carga a 120km/h".

De nuevo muchas gracias a todos!

El Momento flector es igual a 1/2 x h x Fv, por lo que has de dividir el resultado que te dio anteriormente entre 2 y estarás dentro del margen sin necesidad de arriostrar.

La altura es siempre respecto al suelo para este tipo de cálculos.

[karlibiri]

Muchas gracias por la puntualización. Otra duda que tengo (van saliendo cada vez que me pongo a ello), es que a la hora de calcular la superficie de las antenas, me imagino que también habrá que aplicarle el 0,7 del coeficiente de superficies circulares que se aplicó sobre el mástil... correcto? por lo que el márgen de seguridad aumentaría un poco más...

[karlibiri]

Atentos que va el ladrillazo del año:

Cálculos de resistencia al viento de la instalación de una instalación típica (dipolo HF+mástil+pequeña antena bibanda).
Mástil televes 3010 (6m), 2mm de espesor, 45 mm de diámetro, con soportes a 0,4 y 2,4m del suelo, sobre caseta del ascensor en un bloque de 8 plantas.
Dipolo HF 19m de longitud y cable de 0,003m de diámetro.
Antena bibanda diamond x-50, 1,7m de longitud y 0,02m de diámetro.

-Superficie del mástil
Siendo:
S = Superficie en m2.
D= Diámetro en m.
h= Altura libre desde la última fijación.
c= coeficiente de reducción para mástiles cilíndricos (0,7).

S=D•h•c ; S= 0.045•3.6•0.7 = 0.1134 m2

-Fuerza del viento:
Siendo:
Fv = Fuerza del viento en Kg.
Pv = Presión ejercida, 110 Kg/m2 (1080 N/m2).
(Considerando la presión del viento P (Normas VDE 0855 parte 1/7.71) a 150 Km/h).
S = Superficie del mástil en m2.
Superficie dipolo(Sd)= Longitud • Diámetro; S=9,5m•0,003m•2 brazos del dipolo= 0,057m2
Superficie bibanda(Sb)= Longitud • Diámetro; S=1,7m•0,02m; S= 0,034m2

Fv = Pv•(S mastil + S antenas); Fv = 110•(0.1134 + 0,057+0,034) ; Fv=110•0,204; Fv=22,44

-Momento flector del conjunto:
Siendo:
Mm = Momento flector, en Kgm.
h = Altura libre del mástil desde la última fijación en m.
Fv = Fuerza del viento en Kg.

Mm = h x Fv•1/2; Mm = 3,6 x 22,44•1/2; Mm= 40,392 Kgm.

Según especificaciones del fabricante el momento flector del mástil es 656.75Nm (66.96 Kgm), y como 66,96>40,392 no haría falta arriostrar la antena.

PD: Nótese que aún no se le ha añadido el coeficiente de superficies cilíndricas a las antenas.

Creéis que así basta? véis algo más que se me haya escapado?

Saludos y muchas gracias a todos!

[30CB009]

Correcto así es. Los cálculos los tienes bien hechos. A modo explicativo, te escribo el siguiente tocho.

El coeficiente se establece en 0.7 porque digamos que el perfil al ser cilíndrico es aerodinámico, por lo que el aire no ejerce la misma fuerza en una sección circular que en una cuadrada (en este caso sería 1). La realidad es que el coeficiente de Drag es de 0.5 para este tipo de perfil pero se utiliza 0.7, ya que para este tipo de cálculos se maximizan las cargas y se minimizan los valores de resistencia del material a usar, dicho más fácil, se hacen los cálculos con una carga superior a la real y se establece que el material utilizado resiste menos de lo real y a mayores se le aplica un coeficiente de seguridad.

Por ejemplo, si una estructura va a estar cargada con 1000 kilos ( en el calculo ponemos 1200 kilos), si el límite de tracción de un material es de 500 MPa ( en el calculo ponemos que no resiste más de 400 MPa), y luego todavía se aplica un coeficiente de seguridad en muchos casos superior a 1.5 para ver que sección utilizamos ( si tubo de 50 o tubo 60) y a veces aun pasamos a la medida superior siguiente.

Un saludo