El uso de barrenas y tornillos de tierra ha sido de interés en los sistemas solares de montaje en tierra desde hace algún tiempo, y para el trabajo adecuado, ofrecen a los contratistas solares una oportunidad para hacer crecer su negocio. SunTurf Ground Mount de SunModo es ideal para los instaladores solares que buscan un sistema de bajo coste y alto rendimiento que pueda adaptarse a una amplia variedad de condiciones del suelo. Las siguientes orientaciones son una adaptación del libro blanco escrito por Cliff Schrock, ingeniero consultor aquí en SunModo.
Condiciones del suelo
En el caso de los sistemas fotovoltaicos de montaje en suelo más pequeños, es posible que los instaladores solares no necesiten gastar dinero en un análisis de ingeniería del suelo y el coste de autorizar el diseño por separado. El tipo de suelo típico de una zona puede conocerse por experiencia. La experiencia local con otras construcciones, como los cimientos de una casa o la instalación de una tubería de agua, puede dar pistas sobre el tipo de suelo.
Un método utilizado por algunos contratistas es utilizar un martillo perforador y una varilla de tierra disponible en una tienda de suministros eléctricos y ver con qué facilidad se puede clavar la varilla en la tierra. Si la varilla golpea roca solida a 6 pulgadas bajo la superficie, o si la varilla es muy dificil de hincar, esto podria descalificar el uso de cimentaciones hincadas en tierra. En algunos casos esto podria llevar a utilizar tornillos de tierra en lugar de una barrena.
Además, muchos condados y estados han publicado mapas que muestran los tipos de suelo de muchos lugares. Otras fuentes de datos son los emplazamientos de los pozos, donde a menudo hay un registro por pies de la superficie hasta profundidades mucho mayores de las que se alcanzarían con un montaje hincado en el suelo.
Selección de un montaje en suelo
Una vez determinado el tipo de suelo de un emplazamiento, el instalador debe seleccionar un soporte de suelo para utilizar en un emplazamiento. Si el tipo de suelo no está muy compactado y no es rocoso, se puede considerar el uso de barrenas. Normalmente, una barrena de tierra de entre 7 y 10 pies será suficiente para la mayoría de las instalaciones paisajísticas de 3 y 4 filas.
Si el terreno está compactado, es arcilloso o tiene piedras pequeñas en los primeros 3 metros, probablemente sea mejor utilizar un tornillo de tierra. Los tornillos de tierra ofrecen un par de torsión más bajo cuando se introducen en el suelo y es menos probable que se rompan en suelos más duros. Sin embargo, en suelos blandos y arcillosos, un tornillo de tierra no proporcionará grandes valores de extracción en comparación con una barrena.
Si el terreno es demasiado rocoso, otras opciones, como los postes y el hormigón, los arreglos lastrados o los anclajes para rocas, pueden ser una alternativa mejor. La experiencia con instalaciones en el suelo será de gran ayuda a la hora de elegir un sistema de montaje en el suelo.
Lo que ocurre a menudo es que la zona del valle es demasiado estrecha para los montajes y hacerlo interrumpiría el flujo de agua. En el extremo más alto del tejado, es necesario un montaje especial con espaciadores para evitar aplastar la cubierta durante el apriete.
Soportes de suelo
Se necesita algún tipo de tractor o máquina de orugas para realizar cimentaciones sobre el terreno. Estas máquinas son fáciles de alquilar y utilizar y, en función del volumen de instalación, merece la pena tenerlas. Las instalaciones pequeñas, con sólo 8 ó 12 postes, probablemente no merezcan la pena, pero entre éstas y las más grandes, que requieren que una empresa especializada accione los soportes, hay un punto óptimo que tiene sentido desde el punto de vista financiero.
Una de las ventajas de un tejado metálico es que es la opción más duradera que encontrará. Por lo tanto, no tendrá que preocuparse de cambiar el tejado después de instalar los paneles solares. Además, los paneles solares se pueden instalar sin el riesgo de fugas de agua, como cuando hay que hacer agujeros en un tejado de tejas de asfalto.
Aunque las tejas metálicas requieren un poco más de investigación, aprender a instalar este sistema de techado de gama alta puede aumentar sus beneficios y llevar la energía solar a los propietarios de viviendas que a menudo tienen dificultades para encontrar un instalador solar dispuesto y capaz.
Figura 1 - Sinfín accionado en el emplazamiento de aguas subterráneas con el Bobcat 337.
La máquina utilizada necesitará algún tipo de cabezal giratorio, como los pequeños Bobcats utilizados para cavar agujeros para edificios de postes y postes de cercas. Alternativamente, algunos tractores agrícolas tienen un conductor rotativo montado en la parte trasera que se utiliza para los postes de la cerca que se puede utilizar.
La mayoría de los almacenes de alquiler de equipos pueden suministrar una pequeña máquina de orugas que normalmente se utiliza con un sinfín de perforación. Una vez retirada la barrena, se puede utilizar un adaptador para acoplar el cabezal de accionamiento a las barrenas y los tornillos de tierra. El instalador puede comprar un adaptador de 2 pulgadas a hexágono que se adapte a la máquina si no está disponible en el patio de alquiler de equipos con la máquina.
El par de apriete necesario para accionar un soporte de suelo no debe superar las 3000 libras nominales. Si se requiere más par de torsión, o si los soportes se están rompiendo, entonces se seleccionó el soporte equivocado. Si los sinfines se rompen, se debería haber utilizado un tornillo de tierra. Si los tornillos de tierra se rompen, entonces se debe utilizar un montaje no accionado.
Si ocasionalmente se rompe un anclaje debido a una roca no detectada u otro problema, debe utilizarse un anclaje tradicional de poste y hormigón. En el caso de Groundwater, un proyecto de 50 kW en Portland, Oregón, en el que se utilizaron más de 400 barrenas, se rompieron 8 anclajes debido a grandes rocas esporádicas y se sustituyeron por 8 postes montados sobre hormigón.
Cálculos y mediciones
Hay muchos recursos disponibles que cubren el uso y los cálculos para la construcción comercial utilizando barrenas y tornillos de tierra. Entre ellos se incluyen los manuales de Chance Hubble y otros proveedores comerciales de barrenas. Sin embargo, a continuación se resumen algunas directrices generales que se pueden seguir.
Los sinfines tienen un paso determinado por el ángulo de la cuchilla. Nuestra barrena es de 10 a 1. Usando una barrena de 10 a 1, cada ft. lb. de torque que impulsa la barrena proporciona aproximadamente 10 veces la capacidad de elevación cuando se impulsa a 10 pies de profundidad. Por ejemplo, si una barrena es impulsada con 500 libras de torque a 10 pies, el arranque será de aproximadamente 5000 libras. Típicamente las barrenas son impulsadas mucho más fuerte, resultando en valores de arranque probados de 20,000 a 30,000 libras. La mayoría de las veces, las barrenas accionadas con valores razonables de suelo excederán dramáticamente los valores de arrancamiento realmente requeridos para resistir el arrancamiento o vuelco del conjunto.
En el caso de los tornillos de tierra, suelen aplicarse en suelos más densos y sólidos con roca entremezclada. Un tornillo de tierra no debe utilizarse en roca sólida.
Los tornillos de tierra en suelos duros tienen valores de extracción de 1500 a 5000 libras a una profundidad de 5 pies, sin embargo esta estimación se basa enteramente en la densidad del suelo. El uso de tornillos de tierra en suelos blandos no proporcionará una base satisfactoria para un panel solar.
Se recomienda el uso de un medidor de par como comprobación adicional del par de accionamiento y de la capacidad de extracción resultante. Algunas máquinas modernas que se pueden alquilar o comprar tienen un medidor de par integrado. Además, existen dispositivos que pueden montarse entre el cabezal hidráulico y el soporte en el suelo para medir el par. Sin embargo, un operario cuidadoso tendrá cierta noción de la cantidad de esfuerzo necesario para accionar los soportes de suelo y, en la mayoría de los casos, podrá instalar y accionar con éxito el soporte de suelo sin un cabezal dinamométrico.
