BR102022014356A2 - Perfil para estrutura de fixação de painéis de energia solar e método de fabricação de perfil - Google Patents

Abstract

perfil para estrutura de fixação de painéis de energia solar e método de fabricação de perfil. a presente invenção se refere a um perfil (100) para estrutura de fixação de painéis de energia solar, ou simplesmente perfil (100), que é um perfil de 6 dobras produzido por conformação a frio a partir de uma chapa metálica plana, em que o perfil (100) é um perfil aberto e que compreende duas regiões laterais (110), uma região posterior (120), uma pluralidade de enrijecedores (130) e uma pluralidade de furações (140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149) e fabricado em uma máquina perfiladeira (300), em que o perfil (100) passa entre conjuntos sequenciais de rolos moldadores (200) formados por pelo menos um rolo macho (210) e pelo menos um rolo fêmea (220), dispostos em pares.

Description

Campo Técnico

[001] A presente patente de invenção pertence ao campo da engenharia mecânica. Mais especificamente, pertence ao campo de estruturas de fixação para suportes de módulos fotovoltaicos, podendo ser aplicadas a um sistema fotovoltaico para geração de energia solar em estruturas de solo.

Introdução

[002] A presente invenção se refere a um perfil produzido por meio de um processo de conformação a frio, de um elemento estrutural vertical de suporte para módulos fotovoltaicos aplicados em estruturas de solo e fabricado em chapa de aço por meio de dobras com enrijecimento longitudinal, conformados à frio em uma máquina perfiladeira.

Fundamentos da invenção

[003] Uma das escolhas mais importantes no processo de instalação de sistemas fotovoltaicos é a definição da estrutura que deverá ser utilizada, pois o emprego de materiais e estruturas inadequadas podem causar diversos problemas, como o desprendimento dos painéis por conta do peso e da ação do vento.

[004] A fixação dos painéis fotovoltaicos no solo ocorre por meio das estruturas fotovoltaicas. Soluções em estruturas verticais de suporte para módulos fotovoltaicos são amplamente fabricados, como por exemplo, em perfil U com enrijecimento, perfil L, perfil I, com aplicação de cantoneiras, tubos quadrados e tubos redondos.

[005] Porém, todas as soluções citadas são passíveis de gerar peças que podem passar pelo fenômeno de flambagem local e/ou distorcional. Além disso, as soluções citadas utilizam chapas com espessuras grossas, o que tornam as estruturas resultantes mais pesadas e dificultam a montagem e transporte destas, além de incorrer em maiores custos de fabricação.

[006] Portanto, é desejável uma estrutura vertical de suporte para módulos fotovoltaicos fabricada em chapas finas de aço, uma vez que estas possuem vantagens com relação aos perfis laminados, como alta razão de resistência versus peso, flexibilidade de fabricação e facilidade de montagem.

Estado da técnica

[007] Existem no estado da técnica soluções conhecidas para estruturas de suporte para módulos fotovoltaicos, como o documento americano US2011/0272368A1, intitulado “Estrutura para montagem de módulos solares”, que apresenta uma armação para montagem conjunta de pelo menos dois módulos solares retangulares, em que a estrutura compreende pelo menos um grupo que consiste em três trilhos paralelos que são fixados a uma estrutura de suporte a distâncias definidas um do outro, em que o trilho intermediário tem um perfil com flanges suspensos para ambos os lados sob o qual uma borda de um módulo solar pode ser inserida, e que nos dois trilhos externos, elementos de fixação podem ser aparafusados, por meio do qual os módulos solares inseridos no trilho intermediário podem ser montados nos dois trilhos externos.

[008] Na solução divulgada no documento US2011/0272368A1, é apresentada uma estrutura enrijecida que utiliza um perfil U, a estrutura resultante acaba sendo limitada a ser produzida em espessuras grossas, o que elevaria o peso total da estrutura. Isso se deve principalmente ao fato do perfil U não ter a capacidade de resistir a altos valores de momento fletor, quando comparado a outros perfis.

[009] Existe, portanto, espaço para um perfil fabricado por um processo de conformação a frio de um elemento estrutural vertical de suporte para módulos fotovoltaicos, aplicado em estruturas fixadas no solo e fabricado em chapa de aço fina, por meio de dobras e enrijecimento longitudinal, conformados à frio em máquina perfiladeira, que: a) possibilite reduzir a espessura da chapa utilizada, aumentando a resistência e diminuindo o coeficiente de arrasto; b) reduza a deflexão e aumente a resistência a flexão da peça; c) reduza o peso e o custo de fabricação da estrutura; d) possibilite maior garantia de repetibilidade e aumente a produtividade durante a fabricação; e) reduza o custo de transporte, facilitando a montagem da estrutura; f) aumente o limite de escoamento e da resistência à tração na região dos cantos dobrados; e g) possua boa resistência ao momento fletor.

Objetivos da invenção

[010] O objetivo desta invenção é, portanto, fornecer um perfil para estrutura de apoio para fixação de painéis de energia solar, de acordo com as características da reivindicação 1 do quadro reivindicatório anexo.

[011] Outro objetivo da invenção é fornecer um método de fabricação de perfil, de acordo com as características da reivindicação 10 do quadro reivindicatório anexo.

[012] Demais características e detalhamento das características são representados pelas reivindicações dependentes.

Descrição das figuras

[013] Para melhor entendimento e visualização do objeto da presente invenção, este será agora descrito com referência às figuras anexas, representando a melhoria funcional obtida, em que:Figura 1: apresenta uma vista frontal do perfil, de acordo com a presente invenção; Figura 2: apresenta a vista frontal do perfil da Figura 1; Figura 3: apresenta uma vista frontal aproximada do perfil da Figura 1, evidenciando a parte do perfil com enrijecedor; Figura 4: apresenta uma vista inferior, em ruptura, do perfil da Figura 1, evidenciando suas furações; Figura 5: apresenta os perfis montados em uma estrutura, de acordo com a presente invenção; Figura 6: apresenta uma vista esquemática em perspectiva de uma perfiladeira de acordo com a presente invenção; Figura 7: apresenta uma vista esquemática em perspectiva parcial de pares de rolos conformadores conformando um perfil por meio do processo de acordo com a presente invenção; e Figura 8: apresenta uma vista frontal de um par de rolos conformadores no início do processo de conformação a frio de um perfil, de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da invenção

[014] Um perfil (100) para estrutura de fixação de painéis de energia solar, de acordo com a presente invenção, é um perfil de 6 dobras produzido por conformação a frio a partir de uma chapa metálica plana, em que o perfil (100) é um perfil aberto que compreende duas regiões laterais (110), uma região posterior (120), uma pluralidade de enrijecedores (130) e uma pluralidade de furações (140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149).

[015] A espessura da chapa utilizada para realizar o processo de conformação a frio do perfil (100) tem entre 1 mm e 2 mm, preferencialmente entre 1,3 mm e 1,7 mm, enquanto o comprimento total da barra utilizada para conformar o perfil (100) possui entre 3 m e 4 m, preferencialmente 3,5 m.

[016] As regiões laterais (110) compreendem trechos dobrados (111, 112, 113), em que cada primeiro trecho dobrado (111) possui um comprimento que representa entre 1 e 10%, preferencialmente entre 3 e 6% do perímetro total do perfil (100). Cada segundo trecho dobrado (112) possui um comprimento que representa entre 10 e 20%, preferencialmente entre 13 e 18% do perímetro total do perfil (100) e cada terceiro trecho dobrado (113) possui um comprimento que representa entre 4 e 16%, preferencialmente entre 8 e 12% do perímetro total do perfil (100).

[017] Adicionalmente, os trechos dobrados (111, 112, 113) permitem que o perfil (100) possua rigidez longitudinal mesmo utilizando chapas finas com espessuras que incluem, mas não se limitam a valores entre 1 e 2 mm.

[018] Os segundos trechos dobrados (112) estão distanciados um do outro por uma distância que representa entre 35 e 70%, preferencialmente entre 40 e 60% do perímetro total do perfil (100).

[019] A região posterior (120) compreende dois trechos retos de extremidade (121) e um trecho reto intermediário (122), em que a região posterior (120) possui um comprimento total que representa entre 15 e 50%, preferencialmente entre 25 e 45% do perímetro total do perfil (100).

[020] Cada trecho reto de extremidade (121) se encontra a uma distância que representa entre 15 e 45%, preferencialmente entre 20 e 35% do perímetro total do perfil (100), de uma extremidade (114) do primeiro trecho dobrado (111).

[021] Existe um ângulo de conformação (α) entre 100 e 150°, preferencialmente 135°, entre a face interna do primeiro trecho dobrado (111) e o segundo trecho dobrado (112), assim como entre o segundo trecho dobrado(112) e o terceiro trecho dobrado (113) e também entre o terceiro trecho dobrado (113) e o trecho reto de extremidade (121) da região posterior (120).

[022] Os enrijecedores (130) são dispostos entre o trecho reto de extremidade (121) e o trecho reto intermediário (122) e compreendem um trecho reto do enrijecedor (131) e uma parede interna do enrijecedor (132), em que a quantidade de enrijecedores (130) pode variar entre 1 e 4, preferencialmente entre 2 e 3.

[023] Adicionalmente, os enrijecedores (130) possuem um ângulo de conformação (β) entre 90 e 140°, preferencialmente de 120° entre o trecho reto do enrijecedor (131) e os trechos retos (121, 122).

[024] Além disso, os enrijecedores (130) da região posterior (120) permitem que chapas mais finas sejam utilizadas no processo de conformação a frio do perfil (100), de modo que a resistência estrutural seja mantida dentro do nível adequado do limite de segurança, permitindo que seja reduzido o peso e os custos de fabricação da estrutura resultante, quando comparada a processos que utilizam chapas mais grossas.

[025] Adicionalmente, os enrijecedores (130) compreendem um trecho reto do enrijecedor (131) formado após a conformação a frio do perfil (100), em que a distância entre o centro dos enrijecedores (130) é entre 20 e 70 mm, preferencialmente entre 40 e 60 mm.

[026] Adicionalmente, os enrijecedores (130) possuem uma altura que representa entre 30 e 60%, preferencialmente entre 40 e 50% da espessura do perfil (100) partindo da parede interna do enrijecedor (132) e o trecho reto de extremidade (121), ou trecho reto intermediário (122).

[027] As furações (140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149) possuem um diâmetro que permite a passagem de meios de fixação como parafusos, pregos, pinos, rebites, dentre outros.

[028] Adicionalmente, as furações (140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149) permitem o encaixe dos painéis fotovoltaicos em diferentes ângulos, de acordo com a necessidade de montagem em cada aplicação, dependendo do posicionamento do sol em cada região em que sua aplicação ocorrerá.

[029] A máquina perfiladeira (300) realiza um processo de perfilação a frio das chapas, em que o processo visa realizar a prensagem de chapas com ferramentas rotativas, usada para criar formas e perfis de seção transversal uniforme para produção em série.

[030] A perfilação é uma flexão contínua que ocorre durante a passagem do perfil (100) plano através de uma série consecutiva de rolos moldadores (200), em que cada conjunto de rolos moldadores (200) executa apenas uma parte incremental das dobras, até que o perfil (100) ou a seção transversal desejada seja obtida.

[031] Por ser fabricado a partir da máquina perfiladeira (300), o perfil (100) pode ser produzido em larga escala, uma vez que todo o processo de perfilação ocorre na mesma máquina perfiladeira (300) e em etapas sequenciais.

[032] Os rolos moldadores (200) são formados por pelo menos um rolo macho (210) e pelo menos um rolo fêmea (220), dispostos em pares e por entre os quais o perfil (100) passa longitudinalmente, ou seja, com seu eixo longitudinal perpendicular aos eixos dos rolos moldadores (200).

[033] Os rolos moldadores (200) são dispostos em pares e distanciados entre si por uma distância radial determinada pelas condições de perfilação e dimensões do perfil (100), e são dotados de ângulos de conformação (α e β) que diminuem sequencialmente a uma razão de 0,1° a 1°, preferencialmente a uma razão de 0,5° a 0,6° entre rolos moldadores (200) adjacentes.

[034] Cada par de rolos moldadores (200) tem a função de alterar mecanicamente a forma geométrica do perfil (100) enquanto os castelos sustentam os rolos moldadores (200).

[035] O perfil (100) é capaz de suportar maiores cargas de esforços tensionais e compressivos devido, principalmente, ao fato de apresentar trechos dobrados (111, 112, 113) e enrijecedores (130), que atuam como um reforço para o perfil (100), melhorando sua capacidade de resistir a altos valores de momento fletor.

[036] Mais especificamente, ao comparar o desempenho do perfil (100), com outros perfis de conformação, mantendo fixa a espessura das chapas utilizadas em todos os casos analisados, o perfil (100) foi capaz de apresentar uma maior resistência e durabilidade.

[037] Por ser aberto, o perfil (100) pode ser facilmente galvanizado após o processo de conformação, não ficando limitado apenas a ser produzido apenas por chapas de metal pré-galvanizadas.

[038] Adicionalmente, o transporte do perfil (100) também é facilitado graças a seu perfil aberto, visto que objetos de perfil aberto podem ser transportados em maiores quantidades e com uma logística de transporte mais simples.

[039] Além disso, graças ao processo de conformação a frio do perfil (100), as propriedades de tensão, limite de escoamento, resistência à tração e resistência à flambagem da chapa são aprimoradas, especialmente na região em que ocorrem as dobras do perfil (100).

[040] O processo de conformação a frio do perfil (100) também contribui para aumentar a resistência à flexão e o enrijecimento do elemento estrutural, possibilitando a utilização de chapas mais finas no processo de produção do perfil (100), reduzindo custos de fabricação e transporte e facilitando a montagem da estrutura, tudo isso ao mesmo tempo em que permite que a estrutura resultante mantenha propriedades equivalente às alcançadas por estruturas que são produzidas por outros processos e que utilizam chapas mais grossas.

Considerações finais

[041] É evidente que as medidas e relações entre as medidas descritas para a presente disposição construtiva podem variar de acordo com o processo de conformação do perfil (100).

[042] Além disso, a disposição construtiva da presente invenção e as referidas medidas e suas relações, são altamente confiáveis e reproduzíveis.

Conclusão

[043] Como pode ser inferido a partir da descrição acima, a disposição construtiva de acordo com a presente invenção supera as soluções do estado da técnica, sendo um objeto de uso prático, perfeitamente suscetível de aplicação industrial, que apresenta nova disposição, envolvendo ato inventivo e resultando em melhoria funcional no seu uso.

Claims (10)

1. Perfil (100) para estrutura de fixação de painéis de energia solar, caracterizado pelo fato de que compreende duas regiões laterais (110), uma região posterior (120), pelo menos dois enrijecedores (130) e uma pluralidade de furações (140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149), em que o perfil (100) é um perfil aberto de 6 dobras produzido por conformação a frio em uma máquina perfiladeira (300) a partir de uma chapa metálica plana.

2. Perfil (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as regiões laterais (110) compreendem trechos dobrados (111, 112, 113), em que cada primeiro trecho dobrado (111) possui um comprimento que representa entre 1 e 10%, preferencialmente entre 3 e 6% do perímetro total do perfil (100).

3. Perfil (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que cada trecho reto de extremidade (121) se encontra a uma distância que representa entre 15 e 45%, preferencialmente entre 20 e 35% do perímetro total do perfil (100), de uma extremidade (114) do primeiro trecho dobrado (111).

4. Perfil (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as regiões laterais (110) compreendem trechos dobrados (111, 112, 113), em que cada segundo trecho dobrado (112) possui um comprimento que representa entre 10 e 20%, preferencialmente entre 13 e 18% do perímetro total do perfil (100), em que, adicionalmente, cada segundo trecho dobrado (112) das regiões laterais (110) estão distanciados um do outro por uma distância que representa entre 35 e 70%, preferencialmente entre 40 e 60% do perímetro total do perfil (100).

5. Perfil (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as regiões laterais (110) compreendem trechos dobrados (111, 112, 113), em que cada terceiro trecho dobrado (113) possui um comprimento que representa entre 4 e 16%, preferencialmente entre 8 e 12% do perímetro total do perfil (100).

6. Perfil (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a região posterior (120) compreende dois trechos retos de extremidade (121) e um trecho reto intermediário (122), em que a região posterior (120) possui um comprimento total que representa entre 15 e 50%, preferencialmente entre 25 e 45% do perímetro total do perfil (100).

7. Perfil (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que existe um ângulo de conformação (α) entre 100 e 150°, preferencialmente 135°, entre a face interna do primeiro trecho dobrado (111) e o segundo trecho dobrado (112), assim como entre o segundo trecho dobrado (112) e o terceiro trecho dobrado (113) e também entre o terceiro trecho dobrado (113) e o trecho reto de extremidade (121) da região posterior (120).

8. Perfil (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os enrijecedores (130) são espaçados a uma distância entre 20 e 70 mm entre si e compreendem um trecho reto do enrijecedor (131) e uma parede interna do enrijecedor (132), em que os enrijecedores (130) são dispostos entre o trecho reto de extremidade (121) e o trecho reto intermediário (122) e possuem um ângulo de conformação (β) entre 90 e 140°, preferencialmente de 120° entre o trecho reto do enrijecedor (131) e os trechos retos (121, 122).

9. Perfil (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os enrijecedores (130) possuem uma que representa entre 30 e 60%, preferencialmente entre 40 e 50% da espessura do perfil (100) partindo da parede interna do enrijecedor (132) e o trecho reto de extremidade (121), ou trecho reto intermediário (122).

10. Método de fabricação de perfil, caracterizado pelo fato de que fabrica o perfil (100) para estrutura de fixação de painéis para energia solar, definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, através da conformação a frio de uma chapa plana de até 2 mm de espessura em uma máquina perfiladeira (300), que compreende pelo menos dois rolos moldadores (200) formados por pelo menos um rolo macho (210) e pelo menos um rolo fêmea (220), em que são conformados 3 pares de trechos dobrados (111, 112, 113) e pelo menos dois enrijecedores (130) no perfil (100).