ES2358032A1 - Base de cimentación para el montaje de aerogeneradores en lecho acuático y método de fabricación de dicha cimentación. - Google Patents
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Abstract
Base de cimentación para el montaje de aerogeneradores en lecho acuático y método de fabricación de dicha cimentación, formada por una estructura cónica que se compone de un conjunto de columnas (1) a modo de generatrices, dispuestas entre un núcleo cúspide superior (2) y una zapata anular (3) inferior, realizándose el montaje constructivo de dicho conjunto sobre un molde anular (8) que se dispone flotando en el agua, en el cual se forma la zapata anular (3), con unión sobre ella de las columnas (1), las cuales se sujetan en la formación constructivo del conjunto estructural mediante un útil (10) de apoyo.
Description
Base de cimentación para el montaje de
aerogeneradores en lecho acuático y método de fabricación de dicha
cimentación.
La presente invención está relacionada con la
instalación de aerogeneradores en lechos acuáticos, proponiendo para
tal fin una base de cimentación realizada con unas características
estructurales que facilitan la construcción en instalaciones
portuarias, para el transporte hasta el lugar de instalación y el
fondeo en dicho lugar mediante un vehículo acuático.
Para la producción de energía eléctrica mediante
aprovechamiento del viento, es conocida la utilización de
aerogeneradores situados en lechos acuáticos, en donde se obtienen
unos regímenes de viento mayores que en tierra, debido a la escasa
rugosidad de la superficie del agua, además de disponer de grandes
espacios libres para la colocación de los aerogeneradores.
Una condición de los aerogeneradores de este
tipo, es que deben ser anclados de forma conveniente en el fondo
acuático, para asegurar la instalación de una manera estable, siendo
conocida para ello la utilización de cimentaciones formadas por un
gran bloque de hormigón, el cual se fondea y asienta en el lugar de
instalación, para disponer después sobre él el aerogenerador
correspondiente.
Dichas cimentaciones se construyen habitualmente
en lugares portuarios o zonas costeras, desde donde se transportan
mediante un vehículo acuático para el fondeo en el lugar de
aplicación.
Dadas las dimensiones y el peso de esas
cimentaciones, su fabricación resulta muy costosa y se requieren
para la manipulación grúas de gran tonelaje, las cuales tienen que
ser transportadas a su vez hasta el lugar de instalación,
utilizándose para ello grandes buques, que generalmente son
procedentes de la industria del gas o del petróleo, resultando de un
costo muy elevado.
En ese sentido, la Patente Europea EP 1.777.348,
por ejemplo, describe una cimentación de asentamiento por gravedad y
el método para instalar dicha cimentación en un fondo acuático,
utilizando para ello un buque adaptado que realiza el
acondicionamiento previo del fondo acuático, mientras que con otro
buque provisto de un sistema de grúas se realiza el fondeo de la
cimentación sobre el lecho acuático acondicionado; solución ésta que
conlleva los problemas de coste lentitud de proceso derivados de la
multiplicidad de medios operativos independientes que se
utilizan.
De acuerdo con la invención se propone una base
de cimentación para el montaje de aerogeneradores en lecho acuático,
con una realización estructural que facilita la formación
constructiva de dicha cimentación en lugar portuario y el transporte
para el fondeo de instalación mediante un vehículo capaz de llevar a
la cimentación y depositarla por sí mismo en el fondo acuático.
Esta cimentación objeto de la invención consta
de una estructura cónica formada por un conjunto de columnas a modo
de generatrices dispuestas entre un núcleo cúspide superior y una
zapata anular inferior, constituyéndose el núcleo cúspide superior
por un elemento cilíndrico con base superior para el amarre de la
torre del aerogenerador a instalar y con una base inferior sobre la
cual se amarran las columnas de la estructura cónica mediante
elementos roscados, mientras que la zapata inferior, que puede ser
circular o poligonal, se constituye por un anillo de hormigón, en el
cual quedan embebidos los extremos inferiores de las columnas de la
estructura cónica.
Las columnas componentes de la estructura cónica
pueden ser metálicas (por ejemplo de acero), o bien de hormigón
armado con barras metálica, sobresaliendo, en cualquier caso, por el
extremo superior unos vástagos roscados para establecer el amarre
respecto del núcleo cúspide de la estructura, mientras que por el
extremo inferior de dichas columnas salen unos ganchos, para
establecer con ellos una sujeción de montaje respecto de unas barras
de armadura metálica que se disponen en la formación constructiva de
la zapata anular inferior de la estructura.
Se obtiene así un conjunto estructural de
sencilla construcción y con el peso necesario para determinar,
merced a su configuración, un asiento de apoyo sobre los fondos
acuáticos con la estabilidad requerida para servir de base
sustentadora de un aerogenerador.
En la zapata anular del conjunto estructural se
incluyen, no obstante, unos tubos verticales de pilotaje, a través
de los cuales es susceptible establecer un anclaje de sujeción
mediante pilotes sobre el fondo acuático, cuando las condiciones lo
requieren, por ejemplo cuando el lugar de asentamiento es de
naturaleza blanda.
Mediante las columnas de la estructura cónica la
cimentación determina además una función de rompehielos, estando
previstas para tal fin dichas columnas de la estructura cónica según
una configuración de aristas vivas, por ejemplo con una sección de
forma cuadrada o triangular, resultando de aplicación ventajosa para
la instalación en lugares geográficos de climatología fría donde las
superficies acuáticas suelen congelarse a hielo.
El conjunto de la cimentación así formada,
determina una estructura hueca en forma de jaula, la cual en la
disposición de aplicación, puede ser utilizada para aprovechamiento
en usos secundarios, como por ejemplo, mediante cubrimiento con un
red. metálica, para determinar en su interior una piscifactoría.
La formación constructiva de la estructura de la
cimentación se realiza disponiendo en el agua un molde anular
flotante y axialmente en vertical respecto del mismo un útil en
forma de una estructura de paraguas, incorporándose las columnas
componentes de la estructura cónica apoyadas en posición inclinada
sobre los brazos del útil, con el extremo superior de las mismas
amarrado al núcleo cúspide de formación de la estructura, y con el
extremo inferior de dichas columnas metido en el molde anular
flotante, de modo que hormigonando en el molde la formación del
bloque constructivo de la zapata anular, la estructura de la
cimentación queda formada en un conjunto solidario.
Una vez así, sobre el conjunto de las columnas
componentes de la estructura cónica se disponen unos anillos
periféricos de refuerzo, para evitar el pandeo de las mencionadas
columnas, y a través del núcleo cúspide tubular de la estructura se
extrae el útil en forma de estructura de paraguas.
Para el transporte hasta el lugar de
instalación, la cimentación así construida se suspende, mediante un
cabrestante, de una estructura en forma de "V" invertida
dispuesta sobre un vehículo acuático, de forma que elevando la
cimentación la zapata inferior de la misma sale del molde de
formación, el cual queda flotando en el agua.
En esas condiciones, mediante el vehículo
acuático se lleva la cimentación hasta el lugar de instalación, en
donde el propio vehículo de transporte se sumerge, realizando él
mismo la preparación del fondo acuático con medios que lleva
incorporados, e inmediatamente el asentamiento de la cimentación en
la zona preparada, de modo que el asentamiento de la cimentación se
realiza: sin dar tiempo para que la zona preparada para ello pueda
sufrir alteraciones.
Después de depositada la cimentación, el
vehículo acuático reflota a la superficie, pudiendo ser utilizado
para llevar con él mismo el aerogenerador a instalar y colocarle
sobre la cimentación.
Por todo ello, con el objeto de la invención se
obtienen unas características ciertamente ventajosas en la
estructura y construcción de una cimentación sustentadora para la
instalación de aerogeneradores en lechos acuáticos, adquiriendo esta
solución vida propia y carácter preferente respecto de las
cimentaciones conocidas para esa función.
La figura 1 muestra en perspectiva el molde
flotante que se utiliza para la formación constructiva de la
cimentación objeto de la invención, según una realización
circular.
La figura 2 es una perspectiva del molde
flotante con el útil en forma de estructura de paraguas que se
utiliza para apoyar las columnas componentes de la estructura cónica
en la formación constructiva de la cimentación.
La figura 3 es una perspectiva del montaje de
una columna de la estructura cónica de la cimentación.
La figura 4 es una perspectiva de la disposición
del conjunto de la estructura cónica en la formación de la
cimentación.
La figura 5 es una perspectiva del conjunto de
la cimentación formada sobre el molde flotante, con el útil en forma
de estructura de paraguas en el interior.
La figura 6 es una perspectiva de la extracción
del útil en forma de estructura de paraguas plegado utilizado para
la formación constructiva de la cimentación.
La figura 7 es un detalle en sección de la
cúspide de la cimentación, con el útil en forma de estructura de
paraguas incluido a través del núcleo cúspide tubular.
La figura 8 es un detalle como el de la figura
anterior, en la fase de extracción del útil en forma de estructura
de paraguas plegado a través del núcleo cúspide tubular.
La figura 9 es un ejemplo en perspectiva de una
columna de sección cuadrada para la formación de la estructura
cónica de la cimentación.
La figura 9A es un ejemplo en perspectiva de una
columna de sección triangular para la formación de la estructura
cónica de la cimentación con un gran efecto de la función de
rompehielos.
La figura 10 es un detalle en sección del amarre
de una columna de la estructura cónica sobre el núcleo cúspide de la
cimentación.
La figura 11 es el detalle de la figura anterior
en posición explosionada.
La figura 12 muestra una instalación portuaria
con el molde para fabricar la cimentación sobre el agua.
La figura 13 es una representación como la
anterior, con el útil en forma de estructura dé paraguas sobre el
molde flotante.
La figura 14 es una representación como las
anteriores, con el conjunto de la cimentación formado sobre el molde
flotante.
La figura 15 es una representación de la
recogida de la cimentación mediante un vehículo acuático de
transporte.
La figura 16 muestra la elevación de la
cimentación respecto del molde flotante para quedar suspendida en la
posición de transporte.
La figura 17 es una representación de la
posición sumergida del vehículo acuático de transporte de la
cimentación, en la operación de preparación del fondo acuático.
La figura 18 es una representación de la
operación del asentamiento de la cimentación en la zona preparada
del fondo acuático.
La figura 19 es una representación de la
reflotación del vehículo acuático después de depositada la
cimentación.
La figura 20 es una perspectiva de la
cimentación con el aerogenerador correspondiente colocado sobre ella
y el vehículo acuático en posición de retirada de la zona de
instalación.
La figura 21 es una vista de la disposición de
la cimentación en el fondo acuático, con anclaje mediante pilotes de
sujeción.
La figura 22 es un detalle en sección de la
formación de la zapata inferior de la cimentación.
La figura 23 es un detalle en sección del
asiento de la zapata de la cimentación con pilotaje de sujeción.
La figura 24 es un ejemplo en perspectiva de la
formación de la cimentación con la zapata inferior de forma
poligonal y las columnas de la estructura cónica de sección
triangular.
La figura 25 es una vista en planta de la
realización de la cimentación según el ejemplo de la figura
anterior.
El objeto de la invención se refiere a una base
de cimentación para la sustentación de aerogeneradores en lechos
acuáticos, con unas características que simplifican la realización
constructiva y facilitan la aplicación de un método de fabricación
en instalaciones portuarias, para el transporte de la cimentación
construida y asentamiento de la misma en el lugar de instalación
mediante un vehículo acuático.
La cimentación preconizada se compone de una
estructura cónica formada por un conjunto de columnas (1) dispuestas
a modo de generatrices entre un núcleo cúspide (2) superior y una
zapata anular (3) inferior.
Las columnas (1) pueden ser metálicas, por
ejemplo de acero, o bien de hormigón, poseyendo en el extremo
superior unos vástagos roscados (1.1) y en el extremó inferior unos
ganchos (1.2), como se observa en el ejemplo representado en la
figura 9.
Dichas columnas (1) pueden ser de cualquier
configuración, pero particularmente se prevén de sección poligonal,
de modo que determinen aristas vivas capaces de hacer una función de
rompehielos, por ejemplo con una configuración de sección cuadrada,
como el ejemplo de la figura 9, o con una configuración de sección
triangular, como el ejemplo de la figura 9A, siendo esta última
realización particularmente ventajosa para instalaciones de la
cimentación en lugares de climatología fría propensos a la formación
de hielo en las superficies acuáticas.
El núcleo cúspide (2) es un elemento cilíndrico,
con una base superior (2.1) para el amarre de la torre del
aerogenerador (4) que se disponga sobre la cimentación, como se
observa en la figura 20, mientras que en la parte inferior dicho
elemento del núcleo cúspide (2) determina una base (2.2) destinada
para el amarre de las columnas (1) de la estructura cónica, mediante
los vástagos roscados (1.1) del extremo superior de las mismas, como
se observa en las figuras 10 y 11.
La zapata (3) de la cimentación se constituye
por un bloque anular conformado de hormigón, con una armadura
metálica (3.1) en el interior, estableciéndose dicho bloque de la
zapata (3) unido a las columnas (1) de la estructura cónica,
mediante inclusión del extremó inferior de las mencionadas columnas
(1) en el material de ese bloque de la zapata (3), previa unión de
los ganchos (1.2) de las columnas (1) sobre la armadura metálica
(3.1) de la zapata (3), como se observa en la figura 22.
Dicha zapata (3) de la cimentación puede ser de
una forma anular según cualquier configuración de contorno, sin que
ello altere el concepto, por ejemplo según un contorno circular,
como en las figuras 1 a 6, o según un contorno poligonal, como en
las figuras 24 y 25, sin que estos ejemplos sean limitativos.
Con ello así, la cimentación determina un
conjunto estructural solidario, con un peso y una base que permiten
el asentamiento por gravedad en fondos acuáticos (5), para sustentar
un aerogenerador (4) en disposición sobre ella. No obstante, para
los casos de aplicación en asentamiento sobre fondos acuáticos (5)
blandos, en el bloque constructivo de la zapata (3) se disponen unos
tubos verticales (6), a través de los cuales es susceptible
establecer un amarre de anclaje mediante pilotes (7), para asegurar
la sujeción, como se observa en las figuras 21 y 23.
La formación constructiva de la cimentación se
realiza sobre un molde (8) anular flotante, de contorno circular
como el representado en la figura 1, o de contorno poligonal, el
cual se dispone sobre el agua (9) en una instalación portuaria, como
se observa en la figura 12, colocando axialmente en vertical sobre
dicho molde (8) un útil (10) formado por un mástil (10.1) y una
serie de brazos radiales (10.2) articulados sobre el mencionado
mástil (10.1), en forma de una estructura de paraguas, como se
observa en las figuras 2 y 13.
El útil (10) en forma de estructura de paraguas
sé incluye a través del elemento cilíndrico del núcleo cúspide (2)
destinado para el ensamblado de la cimentación, quedando dicho
elemento del núcleo cúspide (2) en el extremo superior del mástil
(10.1) del útil (10).
Sobre ese conjunto se realiza el montaje de las
columnas (1) para formar la estructura cónica de la cimentación,
disponiéndose las mencionadas columnas (1), según muestran las
figuras 3 y 4, apoyadas sobre las brazos radiales (10.2) del útil
(10), con el extremo superior de las mismas unido a la base (2.2)
inferior del núcleo cúspide (2) y con el extremo inferior de dichas
columnas (1) entrando en el molde (8) anular, de forma que, una vez
así, se procede al hormigonado de formación del bloque de la zapata
(3) en el molde (8), con lo cual queda formada la estructura
cónica.
Para evitar la deformación de las columnas (1)
por pandeo, sobre el conjunto de la estructura cónica formada por
dichas columnas (1) se disponen unos anillos (11) de refuerzo, como
se observa en la figura 5, fijándose dichos anillos (11) sobre las
columnas (1) por cualquier medio de sujeción que permita establecer
la rigidez del conjunto.
Una vez totalmente formada la cimentación, de la
manera indicada, se procede a retirar el útil (10), plegando para
ello los brazos (10.2) sobre el mástil (10.1), de manera que, en esa
posición, se extrae dicho útil (10) a través del elemento tubular
del núcleo cúspide (2) de la cimentación, como muestran las figuras
6 y 8.
En esas condiciones la cimentación formada queda
sobre el molde (8), flotando en el agua (9), de modo que, en esa
disposición, la cimentación puede ser recogida por un vehículo
acuático (12), como muestra la figura 15, para el transporte hasta
el lugar de instalación. Para ello se prevé un vehículo acuático
(12) formado por dos flotadores (13), como un catamarán, yendo sobre
los mencionados flotadores (13) una estructura (14) en forma de
"V" invertida, la cual en la cúspide incorpora un cabrestante
(15), mediante el que se sujeta y eleva la cimentación, como muestra
la figura 16.
Al elevarse la cimentación la zapata (3) de la
misma sale del molde (8), quedando éste sobre el agua (9), mientras
que la cimentación queda suspendida de la estructura (14) del
vehículo acuático (12), en donde mediante unos topes laterales (16)
se mantiene estable para que no balancee por los movimientos del
vehículo (12) sobre el agua (9) durante el transporte.
En el lugar de instalación de la cimentación, el
vehículo acuático (12) se sumerge apoyando en el fondo acuático (5)
mediante unas patas telescópicas (17), entre las cuales va dispuesto
un puente transversal (18) que comporta un cabezal (19) susceptible
de incorporar herramientas de diversos tipos, mediante el cual se
realiza la preparación de la zona del fondo acuático (5) destinada
para asentar la cimentación, como muestra la figura 17.
Una vez preparada la zona correspondiente del
fondo acuático (5), sobre ella se coloca la cimentación, simplemente
dejándola bajar mediante el cabrestante (15), hasta el asentamiento,
como muestra la figura 18, de modo que la preparación de la zona del
fondo acuático (5) y el asentamiento de la cimentación se realizan
en operaciones inmediatamente consecutivas, sin tiempo por lo tanto
para que la zona preparada sufra alteraciones por los movimientos
del agua (9), lo cual asegura el perfecto asentamiento de la
cimentación.
Después de depositada la cimentación, el
vehículo acuático (12) reflota a la superficie, para su traslado de
nuevo a las instalaciones portuarias, desde donde con ese mismo
vehículo (12) u otro semejante, puede llevarse el aerogenerador (4)
a instalar, para su colocación sobre la cimentación dispuesta sobre
el fondo acuático (5) en el lugar de la instalación.
Claims (11)
1. Base de cimentación para el montaje de
aerogeneradores en lecho acuático, del tipo destinado para
disponerse asentada sobre el fondo acuático en el lugar de
instalación, para colocar sobre ella un aerogenerador,
caracterizada porque consta de una estructura cónica que
comprende un conjunto de columnas (1) a modo de generatrices,
dispuestas entre un núcleo cúspide superior (2) y una zapata anular
(3) inferior, determinando un conjunto estructural en forma de
jaula, con el extremos superior de las columnas (1) en amarre
respecto del núcleo cúspide (2), mientras que el extremo inferior de
las mismas queda metido en la formación constructiva de la zapata
anular (3).
2. Base de cimentación para el montaje de
aerogeneradores en lecho acuático, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizada porque el núcleo cúspide (2) se
constituye por un elemento tubular con una base superior (2.1) para
el amarre del aerogenerador a sustentar con la cimentación y una
base inferior (2.2) respecto de la que se establece el amarre de las
columnas (1).
3. Base de cimentación para el montaje de
aerogeneradores en lecho acuático, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizada porque la zapata (3) se
constituye por un bloque anular de hormigón, de contorno circular o
poligonal, con una armadura metálica (3.1) en el interior,
incluyéndose el extremo inferior de las columnas (1) en dicho bloque
de hormigón, con sujeciones de amarre sobre la armadura metálica
(3.1).
4. Base de cimentación para el montaje de
aerogeneradores en lecho acuático, de acuerdo con las
reivindicaciones primera y segunda, caracterizada porque las
columnas (1) poseen en el extremo superior unos vástagos roscados,
mediante los cuales se establece el amarre respecto de la base (2.2)
de núcleo cúspide (2).
5. Base de cimentación para el montaje de
aerogeneradores en lecho acuático, de acuerdo con las
reivindicaciones primera y tercera, caracterizada porque las
columnas (1) poseen en el extremos inferior unos ganchos (1.2),
mediante los cuales se establecen las sujeciones de amarre sobre la
armadura metálica (3.1) de la zapata (3).
6. Base de cimentación para el montaje de
aerogeneradores en lecho acuático, de acuerdo con las
reivindicaciones primera, cuarta y quinta, caracterizada
porque las columnas (1) son de una sección poligonal, por ejemplo
cuadrada o triangular, determinando aristas vivas que permiten una
función de rompehielos del conjunto estructural de la
cimentación.
7. Base de cimentación para el montaje de
aerogeneradores en lecho acuático, de acuerdo con las
reivindicaciones primera y segunda, caracterizada porque en
el bloque constructivo de la zapata (3) se incluyen unos tubos
verticales (6), para el anclaje de la cimentación mediante pilotes
en el lugar de instalación.
8. Base de cimentación para el montaje dé
aerogeneradores en lecho acuático, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizada porque sobre la estructura
cónica formada por las columnas (1) se disponen unos anillos (11) de
refuerzo que se fijan sobre las mencionadas columnas (1), para
evitar el pandeo de las mismas.
9. Método de fabricación de una base de
cimentación para el montaje de aerogeneradores en lecho acuático,
determinando una estructura cónica que se forma por un conjunto de
columnas (1) a modo de generatrices, dispuestas entre un núcleo
cúspide superior (2) y una zapata anular (3) inferior,
caracterizado porque el montaje constructivo se realiza sobre
un molde anular (8), de contorno circular o poligonal, que se
dispone flotando en el agua (9), sobre el cual se incorpora un útil
(10) que consta de un mástil (10.1) y unos brazos radiales (10.2)
articulados sobre el mismo, incluyéndose dicho útil (10) a través
del núcleo cúspide (2) de formación de la cimentación, respecto del
cual se amarran por el extremo superior las columnas (1) de
formación de la estructura cónica, las cuales se disponen apoyadas
en los brazos radiales (10.1) del útil (10), con el extremo inferior
de las mismas entrando en el molde (8), en el cual se realiza el
hormigonado de formación de la zapata (3) cubriendo con el hormigón
constructivo dicho extremo inferior de las columnas (1).
10. Método de fabricación de una base dé
cimentación para el montaje de aerogeneradores en lechos acuático,
de acuerdo con la reivindicación novena, caracterizado porque
una vez realizada la formación constructiva de la cimentación, se
retira el útil (10) mediante extracción del mismo en posición
plegada a través del núcleo cúspide (2).
11. Método de fabricación de una base de
cimentación para el montaje de aerogeneradores en lecho acuático, de
acuerdo con la novena reivindicación caracterizado porque el
desmoldeo respecto del molde (8) se realiza por elevación del
conjunto de la cimentación formada, de modo que la zapata (3) sale
de dicho molde (8), el cual queda flotando en el agua (9).
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