¿Cuál es la mejor manera de montar la energía solar en tejados metálicos a la vista?

Tras leer el artículo de Solar Power World Los tejados metálicos no son un problema para las instalaciones solaresmi reacción fue: "Bueno, supongo que es cierto, si (y sólo si) se hace "como es debido"". Hay que tener en cuenta muchos materiales, perfiles, calibres, metalurgias y comportamientos frente a la corrosión; por no hablar de los métodos eficaces de impermeabilización, la química de los sellantes, las características de los ciclos térmicos, los comportamientos frente a la intemperie, la resistencia de los materiales, los principios de ingeniería estructural y los métodos de ensayo pertinentes. Es cualquier cosa menos una ciencia sencilla. 

Además de haber instalado miles de estos tejados, he viajado por todo el mundo para aprender más antes de asesorar técnicamente y enseñar a arquitectos, ingenieros, consultores de tejados, fabricantes de tejados metálicos, grupos comerciales y profesionales del sector sobre el tema. En 1991, empecé a inventar tecnologías nuevas y únicas para montar de forma segura todo tipo de cosas en estos tejados, preservando al mismo tiempo la integridad del tejado y ajustándome a la ciencia que había aprendido. Con 47 años de todo eso a mis espaldas, soy todavía aprendizaje.

3 milenios y contando

Los perfiles ondulados y la mayoría de los trapezoidales (no todos) tienen en común que están fijados por la cara, pero ahí se acaba todo. Todos los demás aspectos de estos tipos de tejado varían mucho. No es de extrañar que la fijación frontal signifique que la fijación a la estructura del edificio se realiza introduciendo un elemento de fijación directamente a través de la superficie expuesta a la intemperie de los paneles del tejado. Esta es la característica que Esta es la característica que diferencia a este tipo de cubierta metálica de su homólogo de junta alzada, que utiliza fijación oculta.

Curiosamente, las cubiertas metálicas se utilizan desde hace casi tres milenios, por lo que el concepto de fijación frontal es relativamente nuevo. Dependiendo del lugar del mundo en el que nos encontremos, incluso la terminología es diferente, por lo que pierce-fix, exposed-fix, through-fastened y face-attached son términos sinónimos de face-fastened.

Aunque los perfiles fijados frontalmente pueden parecer todos similares a un observador casual, el espectro de formas y diferencias dimensionales de los perfiles ondulados (y otros perfiles metálicos para tejados), junto con el tipo de material y el grosor del calibre van de la sopa a la nuez. Esto es algo muy importante que hay que saber a la hora de instalar paneles solares en este tipo de tejados. Por mucho que nos gustaría que fuera, simplemente no hay "talla única". Al menos no cuando se hace "de la manera correcta", lo que implica preservar la integridad del tejado durante toda su vida útil. Por cierto, que la vida útil del tejado puede superar con creces la del instalación solar.

El perfil ondulado, que se fabrica desde principios del siglo XIX y fue el primero en producirse por medios mecanizados, sigue siendo muy popular en muchas zonas del mundo, sobre todo en Asia austral y en los países en desarrollo del hemisferio sur. Aunque siempre ha sido un perfil de tejado económico y utilitario, también está resurgiendo en el mercado doméstico estadounidense en aplicaciones arquitectónicas que captan el aspecto por excelencia de los antiguos edificios industriales y agrícolas. En Australia y Nueva Zelanda sigue siendo el estándar de oro para cubiertas residenciales y comerciales ligeras.

Zinc, cobre, aluminio y acero

Hoy en día, las cubiertas onduladas se fabrican con muchos metales, desde zinc y cobre hasta aluminio y acero revestido. (Véase Rheinzink, McElroy Metal y Lysaght para ver más ejemplos). También presenta diferentes dimensiones de "paso" y "altura de las nervaduras" y calibres de material. El paso es la dimensión entre nervaduras adyacentes (crestas). La altura de la costilla es la dimensión desde el fondo del valle hasta la parte superior de la costilla. (Esta dimensión oscila entre 1/2" y 2" o más). El calibre se refiere al grosor del metal (en el caso del acero, cuanto menor es el número de calibre, mayor es el grosor del material).[1]).

Dado que el perfil ondulado es siempre simétrico en el aspecto nervio-valle, normalmente sólo se hace referencia a él por su dimensión nervio-altura junto con su calibre. Aunque los calibres más finos suelen ser los más populares (de 28 a 22), he visto chapas onduladas fuera de este rango y en espesores de hasta 12 galgas de acero. Este espesor es de aproximadamente 0,10 pulgadas (2,6 mm) y pesa unas 5 libras/pie.² (24 kg/m²). En cambio, el calibre 30 tiene un grosor de 0,015 pulgadas, por lo que uno es casi siete veces más grueso que el otro.

Perfil ondulado: Paso de costilla	Perfil ondulado: Altura del nervio

                          El paso de 76 mm es común para el perfilado métrico, pero el perfilado estadounidense no es el mismo.

Una cita del artículo deSPW dice:

"El perfil de un tejado ondulado no es lo suficientemente resistente como para soportar el sistema de montaje, por lo que se requiere que las fijaciones del tejado penetren en el material del tejado y se fijen al elemento estructural".

Una afirmación tan amplia es errónea, ya que el "perfil" es variante en cuanto a su dimensión, grosor, capacidad estructural, resistencia a la flexión y características de soporte de carga. Esto es válido tanto para el perfil ondulado como para cualquier otro perfil de cubierta metálica y depende de todos los factores explicados anteriormente, además de las cargas aplicadas que cada fijación debe resistir en las direcciones de carga negativa y positiva (levantamiento por viento y nieve, respectivamente). Por lo tanto, también depende de la frecuencia de fijación y probado de sujeción de cada punto de fijación.[2]

En la época del abuelo...

Una diferencia única entre los tejados metálicos y otros tipos de cubiertas es que todos los paneles metálicos son cubiertas "estructurales". Esto significa que son potencialmente capaces de soportar cargas tanto positivas como negativas desde los puntos de fijación solar a la estructura de soporte inferior. Este es uno de los atributos que hacen del metal la plataforma de montaje preferida para la energía solar. El contratista solar se libera del confinamiento de encontrar ubicaciones estructurales en muchos (si no en la mayoría) de los casos. El uso de soportes para paneles solares mediante raíles, bastidores o fijación directa resulta mucho más cómodo para el diseñador y el instalador. Seleccionar los métodos de montaje más adecuados también puede ahorrar mucho dinero. Pero esto también requiere un conocimiento un poco más profundo de estos tipos de tejado.

Sobre otro tema relacionado en el artículode SPW: ¿fijar por arriba o por abajo? El artículo infiere que la forma correcta de fijar estos tipos de tejado es por arriba. La ubicación específica de las fijaciones de estos tipos de tejado cuando se anclan a la estructura del edificio varía, por lo que las fijaciones solares también deberían reflejar al menos el mismo nivel de tecnología que exhibe el tejado en cuestión. En la época del abuelo, estos perfiles de tejado solían fijarse a la estructura con clavos con "cabeza de plomo". La arandela de plomo que se añadía bajo la cabeza del clavo proporcionaba una protección rudimentaria pero imperfecta contra la intemperie al agujero creado. Esto obligaba a que el lugar de fijación estuviera en la parte superior de la costilla por razones obvias. 

Sujetado en lo alto	Sujetado en el Bajo

[1] Los números de calibre, aunque todavía se utilizan comúnmente en referencia al grosor de la chapa metálica en el mercado estadounidense, son desaconsejados por las industrias metalúrgicas en preferencia a las equivalencias decimales en pulgadas o métricas.

[2] Deben solicitarse pruebas de dichas pruebas al fabricante del dispositivo de montaje. Un diseño prudente del sistema no puede realizarse sin ella. Si el vendedor no puede proporcionarla, es probable que no se haya realizado. En opinión del autor, el número de productos no probados o probados inadecuadamente en el mercado es vergonzoso.

Tras la introducción de los tornillos con arandelas de goma (a mediados del siglo XX), esta posición de fijación empezó a cambiar. La fijación en la parte baja proporcionaba mucha más integridad estructural, estabilidad del diafragma y reducía la fatiga por flexión y la fragilización del tornillo. Pero la química del caucho sintético en los años 50 no era la mejor y las herramientas de apriete a menudo comprimían en exceso la arandela, provocando su rotura.

Cultura del tejado y herejía

A partir de finales de la década de 1970, se empezaron a comercializar productos químicos mejorados para las arandelas, por ejemplo, EPDM (monómeros de etileno propileno dieno), y diseños de cabezas de tornillo protectoras, así como mejores herramientas de hincado. La fijación en el valle con un tornillo de cabeza de arandela adecuado ha demostrado ser una solución fiable durante más de cuatro décadas. Este tipo de fijación es habitual y la norma en el mercado nacional de EE.UU. (en muchos otros mercados mundiales todavía se considera una completa herejía).

La supuesta preferencia por la fijación en la parte alta implica lo que yo llamo "cultura de tejado", que varía geográficamente y de acuerdo con la experiencia y las preferencias heredadas de los instaladores de tejados, a menudo enseñadas por los abuelos de otra generación. La industria estadounidense de la construcción metálica se ha afianzado en la baja durante más de seis décadas, con cientos de millones de pies cuadrados de este tipo de tejados metálicos instalados anualmente. La industria solar estadounidense está muy influida por los productores europeos. En particular, la fijación en la parte inferior (en lugar de la superior) sigue considerándose una herejía en la cultura europea de los tejados, por lo que existe una preferencia en el sector solar que está algo sesgada.

Ninguno de los comentarios sobre este tema en particular implica un "bien" o un "mal". Simplemente significa que, a la hora de montar una instalación solar, hay que atenerse a la cultura y la tecnología del tejado al que se está instalando.

La forma correcta de fijar casi cualquier cosa a los tejados metálicos

Montaje sin raíles con RibBracket™ y y S-5 PVKIT

Los paneles metálicos no tienen fugas: ¡son los agujeros!

Otro ingrediente vital para el éxito es la ciencia de la impermeabilización de cualquier fijación solar. La impermeabilización adecuada de cualquier perforación debe validarse mediante pruebas según la norma ASTM E2140 para garantizar que no haya fugas.[3]. Los productos que se promocionan como "aptos para todos los perfiles" están especialmente sujetos a este escrutinio. La mayoría no lo superará. Recuerde que esta prueba ASTM sólo es válida para material nuevo, por lo que, para ser coherente con la vida útil prevista de la cubierta y el sistema solar, debe tratarse de material probado en el tiempo. Sugerimos formulaciones de células cerradas de EPDM de alta calidad en durómetro de 40-45 cuando se fija en algún lugar en la parte alta. Y asegúrese de que sea de color negro. Esto se debe a que el negro de humo es el mejor inhibidor de rayos UV conocido.

No obstante, el caucho de cualquier composición química está sujeto a la degradación por el paso del tiempo, por lo que debe protegerse de la exposición en la mayor medida posible. Tenga la seguridad de que existen todo tipo de alternativas, y actualmente se utilizan en el mercado muchas espumas de célula abierta que se desintegrarán por el calor en menos de 10 años de servicio en un tejado. La mayoría de estas formulaciones se degradan con el calor y se convertirán en polvo. Lea esta información en las especificaciones técnicas y de rendimiento del sellante. Solicítelas al proveedor del sistema de montaje.

[3 ] Deberán solicitarse pruebas de dichas pruebas al fabricante del dispositivo de montaje. Con ella se demuestra la ausencia de fugas. Si el vendedor no puede proporcionarla, es probable que no se haya realizado. El número de productos no probados o probados inadecuadamente en el mercado abierto es, en opinión del autor, vergonzoso.

Cuando se fije en la parte baja, asegúrese de que se trata de una cinta de copolímero de butilo, de eficacia probada o aprobada por el fabricante del tejado metálico. ( No todas las fórmulas de butilo son iguales).

¡El S-5! Diferencia

Nuestra empresa (S-5! ®) siempre ha promovido la manera correcta™ cuando se trata de montar cualquier cosa en techos metálicos. Lo que esto significa para nosotros es que, ante todo:

1. "No hagas daño al tejado".
2. "Como mínimo, siga la cultura y la tecnología de tejados que se exhibe en el tejado al que se va a fijar".
3. "Asegúrate de que la fijación dure tanto como el propio tejado".

¡Llevo casi medio siglo contratando y asesorando en el sector de las cubiertas metálicas y he inculcado estos principios a toda la organización de S-5! A lo largo de los 26 años de historia de nuestra empresa, hemos desarrollado numerosos productos que los siguen y hemos obtenido más de 50 patentes siguiendo ese arte innovador.

Dado que los perfiles de los tejados, las culturas y los niveles de tecnología varían mucho en todo el mundo, también hemos desarrollado en
productos que se adaptan a esta amplia gama de variables en los tejados metálicos para cubrir todas las bases de la forma más prudente y económica posible. Todos nuestros productos se fabrican en EE.UU. en nuestra propia planta de producción con certificación ISO 9000-15 planta certificada y llevan nuestro estándar Garantía limitada de por vida.

Más concretamente (y contrariamente a lo que se deduce del artículo), nuestra empresa ofrece cinco opciones diferentes para fijar la energía solar fotovoltaica de forma segura a los perfiles ondulados: sólo una de ellas se fija en la parte baja con una cinta de copolímero de isopreno/butileno con cuatro décadas de fiabilidad demostrada. Los otros cuatro se fijan en la parte alta con nuestros propios tornillos especialmente diseñados para maximizar la fuerza de sujeción y el par de apriete. Muchos de ellos se ofrecen tanto en dimensiones imperiales como métricas. Además, contrariamente a la cita anterior, pueden utilizarse en una ubicación estructural o a chapa sólo cuando las condiciones de carga lo justifiquen. En las primeras aplicaciones (a la estructura), cuentan con diseños patentados de última generación que evitan el aplastamiento de las nervaduras que, de otro modo, podría producirse por el exceso de tensión de los elementos de fijación. 

Transparencia de las pruebas de carga

También hemos realizado pruebas de carga exhaustivas de todas estas opciones en diferentes sustratos y calibres de material y publicamos esos datos directamente en nuestro sitio web para que un usuario pueda diseñar cualquier sistema correctamente y de acuerdo con las numerosas variables citadas que varían de un trabajo a otro. Jamás se nos ocurriría ofrecer un producto no probado en este sentido.

Por cierto, también ofrecemos 10 opciones diferentes de montaje en perfiles de nervadura trapezoidal (que no deben confundirse ni entremezclarse con los perfiles ondulados). Un ejemplo de una de las 10 opciones se destacó recientemente en un proyecto solar de California. También es un buen ejemplo de fijación de ingeniería a chapa únicamente, aprovechando las ventajas económicas de la fijación directa a un panel metálico "estructural".

La empresa en cuestión, McElroy Metales uno de los principales fabricantes de perfiles ondulados y trapezoidales, y un escrupuloso usuario de accesorios solares para sus tejados.

Todas nuestras 10 opciones de nervaduras trapezoidales cumplen las normas prácticas que he destacado aquí. Por lo tanto, se recomienda precaución cuando un proveedor afirma tener la "mejor" solución para todos estos perfiles con una o dos ofertas de productos. Siempre hay algo que se ve comprometido en aras de la versatilidad. Puede ser la calidad, el rendimiento óptimo o el coste óptimo. Por eso tenemos una variedad de opciones de soportes para estos variados tipos de perfil. Algunos son más adecuados para montaje en carril, otros para fijación directa y otros para ambos. Arriba a la izquierda hay una solución de fijación con sujetador expuesto. A la derecha, encontrará una solución de fijación directapara un tejado trapezoidal híbrido. Algunos para ondulado, otros para trapezoidal y muchos otros para junta alzada. Estaremos encantados de explicar a nuestros usuarios los pros y los contras de cada una de ellas, incluidas las consideraciones económicas.

La talla única NO sirve para todos

La reducción de todos estos diferenciadores a un "talla única; sujétese a la estructura a través de la costilla alta" es potencialmente engañosa para un comprador, que (esperamos) practique su arte de una manera más profesional y escrutadora.

Los tejados metálicos son únicos. Desde 1992, tenemos un historial de más de 2 millones de estos tejados, incluyendo casi 7 GW de energía solar en instalaciones globales sin un solo fallo documentado, incluida la exposición a vientos huracanados de 165 mph. Nuestra empresa se hace un hueco simplificando las complejidades a nuestros usuarios en proyectos de cubiertas metálicas. Podemos hacerlo porque la cubierta metálica es nuestra principal competencia y lo único que hacemos. Lo aceptamos y tenemos las credenciales que lo demuestran.