Carga de viento. Te frena, te cuesta millones y todo se basa en una ilusión.
- Pruebas independientes muestran que las cifras reportadas de carga de viento pueden variar drásticamente según el túnel de viento utilizado, lo que significa que los CSP podrían estar tomando decisiones de infraestructura multimillonarias con base en datos que no son realmente comparables.
- Con datos de carga de viento auditados y validados en campo, los operadores pueden desbloquear ahorros importantes, acelerar los despliegues y tomar decisiones estructurales con mayor confianza.
Dipl. Ing. Head of Sales Innovation & Technical Sales Support
Master Developer Aerodynamics | Wind Load Specialist | Mobile Communication Antennas
Developer | Mechanical Engineer | Mobile Communication Antennas
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La industria de telecomunicaciones invierte 17.5 mil millones de dólares cada año en infraestructura de torres. Los proveedores de servicios de comunicación (CSP) asumen el 95 por ciento de ese costo. En el mejor de los casos, esto representa el 2 por ciento del ingreso promedio por usuario (ARPU); en el peor, el 6 por ciento. Se trata de una decisión de inversión que, hasta ahora, se ha tomado prácticamente a ciegas, sin una forma real de saber si se está gastando de más o de menos.
La búsqueda que se convirtió en investigación
En Ericsson, hemos pasado la última década reinventando la manera de reducir la carga de viento, lanzando primicias en la industria como generadores de vórtices que reducen la carga de viento de las antenas en un 20 por ciento, refinando las formas de los radomos para mejorar la aerodinámica y buscando constantemente cada oportunidad para reducir peso. Por eso resultó aún más sorprendente que los competidores siguieran reportando cifras de carga de viento más bajas que las nuestras.
Sin generadores de vórtices. Formas estándar tipo bloque. Equipos más pesados. Tres factores que, en teoría, deberían hacer imposible competir al mismo nivel. Sin embargo, año tras año se reportaban las mismas cifras de carga de viento. Año tras año, parecía que íbamos intentando ponernos al día.
Así que decidimos hacer algo diferente. En lugar de probar únicamente nuestra forma más reciente de radomo en nuestro túnel de viento estándar, decidimos probarla en dos túneles adicionales.
Los resultados fueron materialmente diferentes.
En tres instalaciones - Technische Universität (TU) Dresden en Alemania, Politecnico di Milano en Italia y una universidad en el sur de China - los valores de carga de viento registrados para exactamente la misma antena divergieron hasta en un 12 por ciento.
Las tres pruebas se realizaron en cumplimiento con NGMN BASTA. Los tres resultados eran, técnicamente, válidos.
Esto replanteó por completo el problema. Si la misma antena producía resultados distintos dependiendo del túnel al que entrara, entonces el túnel estaba influyendo más en el resultado que la propia antena. Por extensión, cualquier comparación realizada entre túneles diferentes no era realmente una comparación de antenas.
Llamar al auditor independiente
Para poner a prueba esa sospecha de forma adecuada, el único experimento significativo era el inverso: mantener constante el túnel y variar las antenas. Llevar productos competidores a la misma instalación, el mismo día, con el mismo equipo, y ver cómo se comportaban entre sí bajo condiciones idénticas.
Para eliminar nuestro propio sesgo del resultado, entregamos la prueba a TÜV SÜD, uno de los organismos de pruebas técnicas y certificación más confiables del mundo. Antenas de cuatro proveedores fueron probadas en el mismo túnel de TU Dresden, usando los mismos cálculos y los mismos estándares durante todo el proceso.
Todas las antenas competidoras mostraron discrepancias entre los valores publicados en sus hojas de datos y la carga de viento medida bajo la auditoría de TÜV SÜD; en el caso más extremo, la medición fue más de un 75% superior. Las cifras de carga de viento en las que CSP y TowerCos han confiado para tomar decisiones estructurales y comerciales no reflejaban lo que ocurre cuando el viento impacta la antena.
Auditoría independiente de carga de viento de TÜV SÜD revela grandes brechas entre los valores publicados en hojas de datos de antenas y la fuerza aerodinámica medida
Los proveedores que reportan valores de carga de viento calculados rigurosamente parecerán tener antenas menos aerodinámicas. Los proveedores que usan mediciones más optimistas, ya sea por selección de túnel, metodología o falta de rigor, se verán más atractivos en una licitación. El mercado ha estado recompensando la imprecisión, lo que hace imposible usar las cifras de carga de viento como una base significativa para comparación o dimensionamiento de infraestructura.
Por qué el estándar permite que esto ocurra
En este punto surge una pregunta justa: ¿no están todos los proveedores siguiendo el mismo estándar? La respuesta es sí, la mayoría lo hace, y precisamente ahí está el problema.
NGMN BASTA establece un marco común para reportar la carga de viento, introduciendo gráficos polares de la fuerza resultante medida en incrementos de 10 grados a 150 km/h. Pero el marco regula qué se mide, no cómo se produce la medición.
Bajo BASTA, la intensidad de turbulencia puede variar entre instalaciones. Cada túnel decide su propio algoritmo para correcciones por bloqueo e interferencia de paredes. El diseño del soporte de montaje queda en manos del proveedor. Las tolerancias de velocidad del viento son amplias. El tamaño y tipo de túnel, abierto o cerrado, son aceptados sin normalización.
Cada una de estas variables requiere una corrección o una suposición antes de poder reportar una cifra final de carga de viento. Y cada corrección introduce un grado de libertad. Piénsalo como tolerancias mecánicas: mientras más componentes puedan moverse de forma independiente, más puntos existen donde el error puede acumularse. BASTA, tal como está redactado, permite que varias variables importantes se muevan al mismo tiempo.
La consecuencia es que dos túneles de telecomunicaciones que realizan la misma prueba producirán resultados diferentes. Un proveedor puede, de buena fe, seleccionar la instalación de prueba que arroje los resultados más favorables para un diseño de antena determinado.
Poner a prueba nuestra propia metodología
Anticipamos la objeción natural: ¿podríamos estar seleccionando nosotros mismos un túnel favorable? ¿Es Dresden simplemente la instalación que, por casualidad, produce mejores resultados para la geometría de nuestra antena?
Para resolverlo, salimos al exterior. Hace 12 meses instalamos una de nuestras antenas en la costa noruega, a 400 metros sobre el nivel del mar, en un acantilado sin nada más que el océano Atlántico al frente. La antena fue equipada con 11 sensores que monitoreaban la dirección del viento y la carga estructural en todos los ejes.
Sitio de prueba de campo costero de Ericsson en Noruega utilizado para validar el desempeño de carga de viento de antenas en condiciones reales de vientos fuertes
Antena Ericsson equipada con sensores que mide la carga estructural y la dirección del viento para verificar el desempeño aerodinámico en condiciones reales
Durante 356 días de medición continua, el sitio registró condiciones que ninguna instalación controlada puede replicar: velocidades máximas sostenidas de viento de 243 km/h, aproximadamente 31 horas equivalentes a un huracán de categoría 1 y más de 980 horas de vientos con fuerza de tormenta tropical.
La pregunta era si las fuerzas aerodinámicas registradas en Dresden se mantendrían en todo el rango de condiciones que produjo el sitio, no solo en las velocidades máximas de viento, sino también en los regímenes de huracán, tormenta tropical y condiciones inferiores a tormenta tropical que representan la realidad estructural cotidiana de una antena en servicio.
Las mediciones de campo muestran una alineación del 95 por ciento con las predicciones del túnel de viento de TU Dresden en regímenes de tormenta tropical y huracán
En los tres regímenes, las mediciones de campo siguieron las predicciones de Dresden con una alineación del 95 por ciento. El túnel modela con precisión el comportamiento aerodinámico de la antena en todo el rango que una estructura experimentará en servicio.
Cuatro formas en que esto ya te está costando dinero
Las tarifas de renta de torres son el punto más inmediato para observar. Debido a que muchas TowerCos no confían en los valores de carga de viento reportados por los proveedores, recurren por defecto a las dimensiones de la antena al calcular la renta, ignorando la fuerza aerodinámica que una antena ejerce sobre la estructura. Es un sustituto de una cifra en la que no creen, y los CSP pagan por esa desconfianza. Con datos de carga de viento validados, la facturación puede cambiar para reflejar el esfuerzo estructural real, y el análisis interno de Ericsson sugiere que este cambio puede generar hasta un 20 por ciento de ahorro en opex solo en tarifas de renta.
La cuestión del acero es menos visible, pero las cifras son igual de relevantes. Los cálculos estructurales regidos por el EURO Code (EN 1991-1-4) tratan a las antenas y cuerpos romos como elementos de alta resistencia al viento, sin considerar su carga de viento real. El resultado es una estructura de acero sobredimensionada, con márgenes de seguridad que tenían sentido para equipos que ya no se despliegan, lo que incrementa el capex entre 10 y 15 por ciento sin un beneficio estructural correspondiente.
La velocidad de despliegue agrava el problema. Las TowerCos declaran con frecuencia que los sitios están estructuralmente saturados con base en esos mismos cálculos estáticos conservadores. Los datos verificados de carga de viento cuentan una historia distinta: muchos mástiles existentes pueden soportar de forma segura entre tres y cinco veces la carga actualmente permitida, y cada sitio declarado lleno innecesariamente significa un despliegue retrasado y, por lo tanto, ingresos retrasados.
El riesgo estructural también puede ir en sentido contrario. NGMN BASTA ya permite a los CSP reducir los márgenes de seguridad cuando se proporciona información de carga de viento. Si un CSP aplica esa posibilidad usando datos optimistas de la competencia - datos que nuestra auditoría independiente encontró que podrían subreportar las fuerzas aerodinámicas reales a la mitad - podría estar operando infraestructura estructuralmente subdimensionada.
Entonces, ¿qué puedes hacer ahora mismo?
No confíes únicamente en las hojas de datos. Antes de que cualquier cifra de carga de viento influya en una decisión estructural o comercial, pregunta si la metodología detrás de ella fue auditada de forma independiente o verificada con mediciones en condiciones reales.
El informe de TÜV SÜD que coprodujimos es un punto de partida.
También estamos trabajando en una propuesta de más largo plazo que daría a todos los proveedores una línea base común de medición, eliminando por completo el sesgo del túnel de la ecuación. Pronto compartiremos más información al respecto.