Análisis de la influencia del daño acumulado en la fragilidad estructural de torres de aerogeneradores de mediana altura

Resumen

En este estudio se analiza la influencia del daño acumulado por fatiga en la fragilidad estructural de torres de acero de aerogeneradores de mediana altura (70, 75, 80 y 85 metros). La metodología propuesta se aplica a torres representativas de la región de "La Ventosa" en Oaxaca, conocida por su alto potencial eólico. El análisis se centra en la acumulación progresiva del daño en la base de las torres, donde se presentan concentraciones críticas de esfuerzos debido a las cargas dinámicas inducidas por el viento. La metodología se desarrolla en tres etapas: 1) obtención de fuerzas actuantes, 2) análisis de fatiga y 3) análisis de fragilidad estructural a lo largo del tiempo. En la primera parte, se simulan velocidades de viento turbulento con el objetivo de caracterizar las fuerzas actuantes en la torre y en el centro del rotor. En la segunda parte, se lleva a cabo un análisis dinámico transitorio para obtener los esfuerzos en la base de las torres. Posteriormente, se realiza un conteo de ciclos mediante la técnica de “Rainflow”, con la finalidad de cuantificar el daño acumulado a través de un análisis de fatiga. Finalmente, en la tercera parte, se realizan análisis dinámicos incrementales (ADI) para generar curvas de fragilidad considerando dos escenarios: 1) torres sin daño acumulado, y 2) torres con daño acumulado a lo largo de 35 año de operación. Los resultados de este estudio indican que las torres de aerogeneradores superan los 20 años de vida útil. Además, se observó que el daño por fatiga afecta principalmente la fragilidad estructural de las torres de menor altura, ya que estas experimentan mayor acumulación de ciclos de carga y de daño en comparación con las torres de mayor altura.