Diseño y fabricación de conectores de hierro nodular para elementos redundantes de material compuesto para torres de transmisión

Resumen En el siguiente trabajo de tesis se presenta un panorama de los países con mayor afectación en el fenómeno del robo de acero procedente de elementos angulares principales, secundarios y redundantes en la zona del bottom panel, piernas y extensiones, cerramiento y cuerpo piramidal de las torres de las líneas de transmisión. Debido a la problemática del colapso de las torres de las líneas de transmisión, por falta de elementos redundantes de acero, los cuales son removidos indebidamente; se realiza el análisis estructural asistido por computadora, para una torre de transmisión tipo EA4G23C+10+0 de 400 kV operando bajo diferentes escenarios. Con base en los resultados de los escenarios anteriores, se diseñaron 8 geometrías de material compuesto tipo polimérico de ingeniería para utilizarse como elementos redundantes en la zona del bottom panel de las torres de las líneas de transmisión y de esa manera, desalentar la remoción indebida o robo de elementos redundantes de acero. Finalmente, cada perfil fue sometido a pruebas normalizadas de flexión y tensión en laboratorio. Las geometrías fabricadas fueron: Circular de Resina Epoxi con Fibra de Vidrio (REFV), Rectangular de Poliamida Reforzada con Fibra de Vidrio (PRFV), Angular de Resina Vinil Éster con Fibra de Vidrio (RVEFV) y Angular de Resina Epoxi con Fibra de Carbono (REFC). Para cada una de las geometrías se diseñó un sistema de conexión que fue analizado por el método de elemento finito mediante un programa asistido por computadora. De acuerdo con los resultados del análisis estructural y la experiencia obtenida por los conectores preliminares de acero, se fabricó el diseño final del conector en fundición de hierro nodular para su posterior ensamble con los perfiles de material compuesto mediante el uso de un adhesivo tipo acrílico. Finalmente, el sistema de conexión para los 8 perfiles fue sometido a pruebas de tensión en el laboratorio. Como consecuencia de los resultados favorables de las pruebas de laboratorio, los elementos redundantes de material compuesto y su mecanismo de conexión, fueron instalados en 8 torres de la línea de transmisión Yautepec-A3640-Topilejo (YTP-A3640-TOP), en 6 torres de la línea de transmisión Temascal Dos-A3460-Puebla Dos (TMD-A3460-PBD) y en 2 torres de la línea de transmisión Ojo de Agua Potencia-A3920-Puebla Dos (OJP-A3920-PBD). Por último, se analiza el impacto psicosocial del sistema de conexión instalado y se realiza el estudio técnico-económico para los dos tipos de conectores que tuvieron el mejor desempeño en las pruebas de tensión.

Abstract The following thesis work presents an overview of the countries with the greatest impact on the steel theft phenomenon proceeding of main members, secondary members and redundant angular members installed in the bottom panel, legs and extensions, main and top body of transmission line towers. Because of the collapse problem of transmission lines towers, due to lack of stolen redundant elements; which are removed improperly, computer-assisted structural analysis is performed for a transmission tower type EA4G23C + 10 + 0 of 400 kV operating under different scenarios. Based on the results of the previous scenarios, 8 geometries of composite polymeric engineering material were designed to be used as redundant elements in the bottom panel of transmission line towers, and in this way, to discourage removal or redundant steel members’ theft. Finally, each profile was subjected to flexion and tension standard tests in laboratory. The geometries manufactured were Circular of Epoxy Resin with Fiberglass (REFV), Rectangular of Polyamide Reinforced with Fiberglass (PRFV), Angular of Vinyl-Ester Resin with Fiberglass (RVEFV) and Angular of Epoxy Resin with Carbon Fiber (REFC). For each of the geometries a connection system was designed, and it was analyzed by finite element method using a computer-assisted program. According to the structural analysis results and the obtained experience during the construction of preliminary steel connectors, the final design of the nodular iron cast connector was manufactured for later assembly with the composite profiles using an acrylic adhesive. Finally, the connection system for the 8 profiles was subjected to tension tests in laboratory. As a result of the favorable results of laboratory tests, the redundant composite members and their connection mechanism were installed in 8 towers of the Yautepec-A3640-Topilejo transmission line (YTP-A3640-TOP), in 6 towers of the Temascal Dos-A3460-Puebla Dos transmission line (TMD-A3460-PBD), and in 2 towers of the Ojo de Agua Potencia-A3920-Puebla Dos transmission line (OJP-A3920-PBD). Finally, the psychosocial impact of the installed connection system is analyzed and the technical-economic study is carried out for the two types of connectors with the best performance in the tension tests.