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7.3 Normativa Internacional Aplicable 7.3.1 Introducción La obtención de la licencia para la construcción de turbinas eólicas en el mar dependerá de un gran número de diferentes agencias e instituciones. Esto es debido a los distintos campos técnicos involucrados, así como al impacto en el entorno marino (navegación, parques nacionales, tuberías, cables, áreas de defensa, etc.). En muchos países de Europa se han nombrado autoridades para coordinar el compromiso necesario de las organizaciones competentes. En Europa, el diseño técnico de turbinas eólicas se basa en las Directivas Europeas correspondientes. De especial importancia para estas son las Directivas de Maquinaria y de Productos de Construcción. Sin embargo, las Directivas de Compatibilidad Electromagnéticas y de Baja Tensión también necesitan satisfacerse. Todas estas Directivas son documentos de uso general que referencian las normas y necesidades convenidas. Un conjunto de códigos de edificación europeo son los Eurocódigos 1, 2, 3 que se publican como ENV 1991, 1992, 1993. Los Eurocódigos están basados en el método de análisis de los estados límite, y hace que se requiera el uso de coeficientes de seguridad parciales. Eurocódigo 1 define las cargas, Eurocódigo 2 contiene las necesidades para las estructuras de hormigón y Eurocódigo 3 para estructuras de acero. En suma, las normas en vigor, las Directivas Europeas, Eurocódigos y varios códigos nacionales para turbinas eólicas, la regulación de la Germanischer Lloyd para la “certificación de los sistemas de conversión de energía eólica en el mar” y la “Recomendación Danesa para aprobación técnica de turbinas eólicas en el mar” dan una guía en los requerimientos especiales del diseño de turbinas eólicas en el mar. Además se pueden aplicar códigos nacionales e internacionales y reglas para estructuras en el mar. El diseño de cimentaciones para turbinas eólicas en el mar está basado en la experiencia obtenida, a largo del tiempo, en los proyectos emprendidos por la industria del petróleo. Sin embargo, debe señalarse que para las estructuras marinas existentes, el viento, generalmente, no es una de las componentes del dimensionamiento. El diseño estructural de una turbina eólica en el mar debe tener en cuenta, tanto las cargas de viento como la respuesta estructural de la cimentación provocada por las olas, las corrientes o el hielo. El control remoto es una de las modificaciones del diseño para turbinas eólicas en el mar. Otras son la protección contra la corrosión en atmósfera marina, las facilidades para llegada de barcos o helicópteros y el izado de aparejos para componentes. Las reglas de diseño para turbinas eólicas en el mar proceden de códigos para turbinas eólicas y para estructuras marinas. Aunque existe una experiencia considerable en ambos campos su

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combinación ha revelado nuevos casos de carga que necesitan estar en el diseño, la construcción y la operación de parques eólicos en el mar. La certificación de turbinas eólicas tiene una historia de casi veinte cinco años. Se ha aplicado en distintos campos, necesidades e intensidad, y al principio únicamente en Dinamarca, Alemania y Holanda. Estos tres países han dirigido el desarrollo y aplicación de las reglas de certificación pero en los últimos años, otros países, así como muchos bancos, se han dado cuenta de la necesidad de una evaluación y certificación completa de las turbinas eólicas y su propuesta de instalación. Entre estos países están China, Grecia, India, España, Suecia y EE.UU. Los fundamentos técnicos fueron establecidos por Garrad Hassan y Germanischer Lloyd (en adelante GL) dentro de un proyecto consolidado de la UE, a principios de los 90. Como consecuencia de ello, GL emitió la primera regla para la certificación de turbinas eólicas en 1995. Esto unía la experiencia de GL en energía eólica y en industria petrolera en el mar. Entretanto las reglas del 1995, de GL, han experimentado varias revisiones y la última edición fue publicada recientemente. Además, las normas y recomendaciones también se han desarrollado en Dinamarca. Una norma internacional del International Electrotecnical Commite (en adelante IEC) está actualmente en desarrollo.

7.3.2 Estándar de “Germanischer Lloyd” Las reglas de Germanischer Lloyd (en adelante GL) para la Certificación de Sistemas Conversión de Energía Eólicos Marítimos (Certification of Offshore Wind Energy Conversion Systems - GLOW), emitido en 1995, es un resultado del “Joule 1 Offshore study” combinando las reglas de la GL para la Certificación de Sistemas de Conversión de Energía Eólicos (GL-W) y el Reglamentos para instalaciones-marítimas (GLO). Entretanto, desde el primer uso de estas reglas, se han recogidos nuevos conocimientos sobre condiciones del viento y el oleaje en alta mar y se han construidos algunas plantas eólicas piloto. Existe un fuerte requerimiento para traer las reglas de GL-OW de acuerdo con nuevos desarrollos. La revisión de estas reglas está en camino, consistiendo en los siguientes puntos: 1. Resolver insuficiencias y errores hallados en el planteamiento y procedimientos de certificación: Varios parques eólicos en el mar están en fase de planificación o diseño, estos incluyen parques eólicos en Dinamarca, Alemania y Holanda, donde Germanischer Lloyd WindEnergie GmbH (GL-Wind) incorpora activamente un cuerpo de certificación. 2. Incorporar los resultados de aplicaciones en parques piloto: GL-Wind está participando en el proyecto de investigación de la Unión Europea “Offshore Wind Turbine at Exposed Sites” (Turbinas Eólicas en el Mar en Lugares Expuestos) (OWTES), siendo iniciado por ‘AMEC Border Wind’, ‘Delft Univertisy of Capítulo 7

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Technology’, ‘Germanischer Lloyd WindEnergie’, ‘PowerGen Renewables Developments’ and ‘Vestas Wind Systems’ bajo el liderazgo de Garrad Hassan y asociados. El objetivo de este proyecto es mejorar los métodos de diseño para turbinas eólicas localizadas a sitios costeros expuestos a fin de facilitar una explotación gradual y rentable, del recurso eólico en el mar, disponible en la UE. Este objetivo será cubierto mediante la realización de varios objetivos de proyecto. Éstos incluyen;

• establecer una base de datos de medidas de cargas ambientales y estructurales. • evaluar la base de datos de medidas ambientales y estructurales a fin de obtener una comprensión completa de las cargas aerodinámicas e hidrodinámicas y su influencia en la respuesta dinámica de la turbina eólica en el mar y su estructura soporte. • usar la base de datos de medidas para permitir la validación y justificación de métodos avanzados para el modelado por ordenador y análisis de diseño de turbinas eólicas en el mar. • promover análisis paramétricos para la investigación de las complejas relaciones entre fatiga y carga extrema, las características de diseño de una turbina eólica en el mar y su estructura soporte, y las condiciones del viento, el oleaje, la corriente y lecho marino en la zona. • investigar la robustez de los cálculos de diseño para turbinas eólicas en el mar, con respecto a variaciones en las condiciones ambientales, diseños conceptuales de la turbina eólica y la estructura soporte y los métodos de análisis. • proporcionar una evaluación crítica del diseño de los actuales procedimientos y reglamentos de certificación para turbinas eólicas en el mar, y recomendar cambios en su caso. • catalogar las necesidades de diseño clave para turbinas eólicas en el mar, en lugares donde las condiciones ambientales son severas. 3. La actualización según el progreso científico/tecnológico; Varios proyectos de investigación han provisto información valiosa en temas específicos en el mar. Los objetivos específicos se han investigado separadamente, es decir, recursos eólicos, viento extremo y, en cierta medida, condiciones de ola, características de turbulencia, aparición conjunta (probabilidad) del viento, las olas, el hielo y la corriente y durante la operación y el mantenimiento. 4. La armonización con IEC; Un trabajo considerable se ha ejecutado por la comisión IEC TC 88, resultando en la segunda edición del IEC 61400-1 en 1999. Según esta norma, las turbinas eólicas en el mar tienen que tratarse como turbinas eólicas con base en tierra de clase ‘S’.

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Como ya se ha dicho, Germanischer Lloyd (GL) publicó la primera regla para la certificación de turbinas eólicas en el mar en 1995. Desde entonces se ha adquirido una gran cantidad de experiencia durante diseño, certificación, y operación de parques eólicos en el mar. Debido a este hecho, Germanischer Lloyd WindEnergie (GL Wind) publicó una versión completamente revisada, que está disponible como borrador final y se publicará como versión final próximamente. La filosofía de todas las directivas de GL es proporcionar las necesidades de diseño más avanzadas para la turbina eólica completa. Esto implica el rango completo a partir de la aclaración de extensión de certificación y continuando con cargas, materiales, estructuras, maquinaria, palas del rotor, eléctrica, seguridad y sistemas de monitorización. La integración de todos estos aspectos y componentes dentro de una regulación se puede encontrar sólo en la directiva Eólica en el Mar de GL. La filosofía de seguridad continua con lo que se conoce de turbinas eólicas en tierra, es decir, que los coeficientes de seguridad de las carga están de acuerdo con la IEC 61400-1/-3 y los coeficientes de seguridad los materiales son comparables, pero mas detallados, comparado con la IEC61400-1/-3.

7.3.3 Recomendación Danesa (Recomendación para la Aprobación Técnica de las Turbinas Eólicas en Alta Mar. “Recommendation for Technical Approval of Offshore Wind Turbine” (Rekommandation for Teknisk Godkendelse af Vindomøller på Havet)) La recomendación danesa para la aprobación técnica de turbinas eólicas en el mar fue publicada en 2001. La aplicación de esta recomendación es obligatoria para parques eólicos en los mares de Dinamarca. Esta recomendación es un anexo de “Technical Criteria for Type Approval and Certification of Wind Turbines in Denmark” (Los Criterios Técnicos para Aprobación de Tipo y Certificación de Turbinas Eólicas en Dinamarca) y el DS472, que contienen instrucciones e información suplementaria sobre las necesidades técnicos para la aprobación de turbinas eólicas en el mar. La recomendación se ocupa de las cargas y las cimentaciones para turbinas eólicas en el mar. Además se tratan los siguientes temas: la seguridad del trabajo, recomendaciones de iluminación, señalización, emisión de ruidos y evaluación de impacto ambiental. En esta recomendación no se dan necesidades específicas en el mar para maquinaria, sistemas eléctricos y de seguridad. La Agencia Danesa de la Energía (Danish Energy Agency) ha publicado las recomendaciones para la aprobación de parques eólicos en el mar en Dinamarca. Generalmente se aplica la norma DS472, con cambios significativos en ciertos parámetros. Veamos una pequeña descripción de esta recomendación:

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Parte 1: Introducción, las normas aplicables. Para poder diseñar una turbina eólica en Dinamarca tiene que cumplir el “Technical Criteria for Type Approval and Certification of Wind Turbines” en Dinamarca, la norma danesa DS472 y otras normas y las reglas establecen los criterios técnicos. Para el análisis de la carga de oleaje, DS449 (“Piled offshore structures”) y para la carga de hielo tiene que aplicarse la API 2N. Además se nombran las normas de construcción Danesas (DS409-DS415) para tenerlas en consideración.

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Parte 2: Parámetros climáticos y seguridad en relación con DS472. Se describen los cambios de parámetros relativos a DS472. Se indican la velocidad media y extrema anual en función de la distancia a la costa, densidad el aire y coeficientes de seguridad para las cargas usadas para turbinas eólicas en el mar. En definitiva, se da el método usado para el cálculo de la influencia del parque eólico en la intensidad de turbulencia de la velocidad.

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Parte 3: Cargas y casos de carga. Los métodos de cálculo y la naturaleza del modelo dinámico son descritos junto con las cargas que actúan en la estructura. En función de la sensibilidad de sistema, se da cierta guía en los métodos de análisis y su extensión. Aparte de la definición de los valores característicos (98% del valor extremo anual) y del coeficiente de variación que se usa junto con los coeficientes de seguridad, se manifiestan un conjunto de casos de carga, basados en DS472 y extendido para el clima en el mar. Se incluyen recomendaciones en las combinaciones de cargas de viento, ola, hielo y corriente.

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Parte 4: Cimentaciones. Se hace referencia en DS415 (cimentación) y en DS449 (estructuras soporte en el mar). Se consideran la determinación de la categoría geotécnica, las medidas necesarias o experimentos de laboratorio junto con necesidades de inspección.

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Parte 5: Materiales y corrosión. Esta sección se refiere desde los sistemas de protección y durabilidad de la estructura soporte hasta la góndola. Así pues, se considera la protección contra la corrosión. Se listan las reglas para pedidos de hormigón y estructuras de acero.

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Parte 6: Las condiciones adicionales tal como seguridad ocupacional, iluminando la protección, marcando, divulgue la emisión y evaluación de impacto ambiental es manifestada.

7.3.4 Estándar IEC para Turbinas Eólicas en el Mar (International Electrotechnical Commission) De acuerdo con el estándar existente, IEC-61400-1, las turbinas eólicas en el mar deben ser tratadas como turbinas eólicas en tierra de clase “S”. Sin embargo, esta solución no resulta

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satisfactoria y el TC-88 establece un grupo de trabajo (WG03) para desarrollar el IEC-614003, especialmente dedicado a Turbinas Eólicas en el Mar. El objetivo del WG03 consiste en desarrollar una normativa para establecer los requisitos técnicos e ingenieriles que deberían considerarse durante el diseño, con el fin de asegurar la seguridad de los sistemas y componentes de las turbinas eólicas en el mar. Todo esto será documentado en el IEC-61400-3. Este documento solamente abarcará aquellos asuntos relacionados en las turbinas eólicas en el mar, debiendo ser completamente consistente con la norma IEC-61400-1 y sin duplicar los requerimientos definidos en la dicha norma. El contenido del documento IEC-61400-3 se limitará, en principio, a turbinas eólicas en el mar con estructuras soporte de fijación al lecho marino (no incluye sistema flotantes). Esto supone que una turbina se considerará “en el mar” si la estructura soporte está sometida a las cargas hidrodinámicas. Los principales temas considerados en esta norma serán;

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las condiciones externas (ambientales), los casos de carga de diseño, los métodos de cálculo, el diseño estructural

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y el ensamblaje, la instalación e izado, las comisiones y el mantenimiento.

La IEC 61400-3 es un borrador, así que no esta revisado oficialmente. El documento final de la norma está programado para el 2005. El propósito de esta norma es el siguiente: “La IEC 61400-3 especifica los requerimientos de diseño esenciales para asegurar la integridad (ingenieril) de las turbinas eólicas en el mar. Se propone suministrar un nivel apropiado de protección contra el daño de todos los riesgos durante el tiempo de vida estimado” Esta norma será una de un conjunto de normas bajo la designación IEC 61400, que trata de seguridad y dimensiones de las turbinas eólicas. La norma IEC 61400-3 debería ser usada en conjunción con las normas IEC/ISO apropiadas. En concreto, esta norma es completamente consistente con, pero sin duplicar, los requerimientos de la IEC 61400-1. La IEC 61400-1 es una de las normas reconocidas internacionalmente para la seguridad de las turbinas eólicas en tierra. Dentro del IEC61400-3, se da énfasis en la determinación de la hipótesis de carga. Pueden encontrarse detalles relativos a hipótesis de evaluación del lugar y carga. Aspectos relativos a materiales, estructuras, componentes y sistemas de maquinarias (sistemas de seguridad, sistema eléctrico) no están cubiertos o son tratados brevemente. Por ello, la IEC 61400-3 hace la siguiente declaración: “Cuando determinemos la integridad estructural de los elementos de una turbina eólica, podremos usar, para el material pertinente, códigos de diseño nacionales o

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internacionales. Tomaremos especial cuidado cuando los coeficientes de seguridad parciales de los códigos de diseño nacional o internacional sean usados junto con coeficientes de seguridad parciales de esta norma. Se certificará que el nivel de seguridad resultante no es menor del nivel de seguridad propuesto en esta norma.”

Para concluir, el IEC61400-3 define las suposiciones de carga y un nivel de seguridad, pero dependa a instancias de códigos de diseño nacionales o internacionales para la determinación de la integridad estructural así como para la maquinaria, las palas, sistemas de seguridad y eléctrico.

7.3.5 Entorno Marino Aparte de las reglas y ordenanzas generales, en el diseño de turbinas eólicas en el mar, resultan de interés las condiciones ambientales específicas del lugar. La influencia del viento, las olas, el hielo y las condiciones del suelo están cubiertos por las normas de diseño en el mar, Turbinas Eólicas en el mar y Turbinas Eólicas con base en tierra, junto con procedimientos para evaluación de la zona. Además de las normas que normalmente se aplican a la maquinaria con base en tierra, maquinaria eléctrica y construcción, las siguientes pueden resultar muy interesantes:

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Las condiciones eléctricas pueden tener un impacto significativo en el diseño de una turbina eólica, especialmente en conjunción con condiciones de red débiles. Las normas nacionales o las necesidades del operador de red regularán los parámetros eléctricos que deben satisfacerse los parques eólicos y la instalación eléctrica hasta el punto de conexión en tierra Además la probabilidad de pérdida de red y su duración pueden influenciar (directamente) las definiciones de carga en las normas.

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La Operación y el Mantenimiento y los asuntos de seguridad en el trabajo relacionados también están cubiertos por los reglamentos nacionales. Estos habrán influencia en el acceso y el equipo de salvamento y plataformas de abordaje.

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La atmósfera marina debe ser considerada corrosiva, así como la guía referida a los materiales que se usaran y sus protecciones eléctricas.

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La navegación no influirá directamente en el diseño estructural de la turbina, exceptuando el caso de colisión. Leyes nacionales y los acuerdos internacionales determinaran el equipamiento que debe ser instalado (señalización luminosa, reflectores de radar activos y pasivos, etc.). Debe tenerse en cuenta la probabilidad de colisión de buque y su carga.

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La instalación, el izado y la puesta en marcha está cubierto normalmente por regulación en el mar aunque se pueden aplicar reglas nacionales

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La contaminación marina, MARPOL (MARine POLlution), por ejemplo, el acceso de las visitas debe ser minimizado para reducir el uso de combustibles fósiles y la agitación en fauna marina.

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Desmantelamiento. En la mayor parte de los países, la ley nacional requiere un desmantelamiento completo de las construcciones en el mar. En Alemania por la ley minera (§55(2 ) Nr3 Bberg)

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Tienen que instalarse la señalización para el tráfico aéreo de acuerdo con las normas internacionales y nacionales

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El problema de ruido no puede descuidarse aunque sea en el mar. Muchas turbinas de grandes dimensiones pueden producir un ruido similar al los niveles de sonido generados en las autopistas.

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Las especificaciones de la Ubicación abordan las condiciones del Viento, las Olas, el Hielo y el Suelo.

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Los procedimientos para la evaluación y certificación de la Ubicación acorde con GL e IEC

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Navegación, regulaciones nacionales e internacionales para el tráfico aéreo y su influencia en el diseño, por ejemplo, colisión, ubicación, profundidad, etc.

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Necesidades de protección contra los relámpagos

7.3.6 Normativas de la Industria en Alta Mar Las normas que se aplicarán, o tomarán parte, en los procedimientos de instalación e izado y en el diseño de estructuras especiales, no incluidos en los códigos relacionados con la energía eólica. Éstos se muestran en el siguiente listado:

7.3.6.1 Regulación en el Mar [1] "Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design, 21st Edition", API, RP-2A-WSD, 2000. [2] "Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms – Load and Resistance Factor Design", API, RP-2A-LRFD, 1993. Sustituido en1997. [3] "Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Structures and Pipelines for Arctic conditions, 2nd Edition", API, RP-2N, 1995. [4] "NORSOK Standard N-001, Structural Design, Rev. 3", Norwegian Technology Center (NTC), Ago 2000.

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[5] "Offshore installations: guidance on design, construction and certification, fourth edition", Department of Energy (ahora HSE), HMSO-1990-ISBN-011-4129614, 1990. Reemplazado. [6] "Rules for classification of fixed offshore installations", DNV, 1998. [7] "Rules for Classification and Construction, III Offshore Technology, 2 Offshore Installations", GL, edición 1999. [8] "Petroleum and Natural Gas Industries -- Offshore structures -- Part 1: General requirements, 1st edition", ISO, ISO-13819-1, 1995-12. Será reemplazado por ISO-TC67 (ISO-19900). [9] "Petroleum and Natural Gas Industries – Offshore Structures – Part 2: Fixed steel structures", ISO, ISO-13819-2, 1995. [10] "Offshore Structures – Fixed concrete structures, (Draft)", ISO, ISO-19903.

7.3.6.2 Plataformas Móviles en el Mar [11] "Rules for classification of mobile offshore installations", DNV. [12] "Rules for Classification and Construction, III Offshore Technology, 2 Offshore Installations, Guidelines for the Construction/Certification of Floating Production, Storage and Off-Loading Units", GL, 1999. [13] "Code for the construction and equipment of mobile offshore drilling units", IMO, MODU-Code, 1989. [14] "Offshore Structures – Floating systems, (Draft)", ISO, ISO-19904.

7.3.6.3 Equipamiento Eléctrico [15] "Recommended Practice for design and installation of electrical systems for Offshore", API. [16] "Electrical installations in ships", IEC, IEC-60092-xxx, (2000-02). [17] "Electrical and electronic installations in ships - Electromagnetic compatibility", IEC, IEC-60533, (1999-11). [18] "Operating conditions for industrial-process measurement and control equipment", IEC, IEC-60654-2, (1979-01). Parte 2: Potencia [19] "Operating conditions for industrial-process measurement and control equipment. Part 4: Corrosive and erosive influences", IEC, IEC-60654-4, (1987-07). [20] "Electrical installations of ships and mobile and fixed offshore units - Part 1: Procedures for calculating short-circuit currents in three-phase a.c", IEC, IEC-61363-1, (1998-02). Capítulo 7

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[21] "Mobile and fixed offshore units - Electrical installations - Part 3: Equipment", IEC, IEC-61892-3, (1999-02). [22] "Mobile and fixed offshore units - Electrical installations - Part 6: Installation", IEC, IEC-61892-6, (1999-02).

7.3.6.4 Materiales y Corrosión [23] "Cathodic protection for fixed steel offshore structures", DIN, DIN-EN-12495, 2000. [24] "Weldable structural steels for fixed steel offshore structures", DIN, DIN-EN-10225, 1994. [25] "Cathodic Protection Design", DNV, RP-B401, 1993. [26] "Rules and Regulations, II Materials and Welding, Part 1, Metallic Materials", GL, edición 1998. [27] "Rules and Regulations, II Materials and Welding, Part 1, Non-metallic Materials", GL, edición 2000.

7.3.6.5 Temas Especiales [28] "Safety of Life at Sea Convention", IMO, (SOLAS). [29] "Marine pollution", MARPOL [30] "Recommendations for the marking of offshore structures", International Association of Sea-Mark Administrators (AISM/IALA), Nov 1984. Sustituido en 1987.

7.3.6.6 Plataformas de Helicópteros [31] "Offshore Helicopter Landing Areas, Cap 437". [32] "Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Heliports for Fixed Offshore Platforms, 4th Edition", API, RP-2L, 1996.

7.3.6.7 Grúas en el Mar [33] "Specification for Offshore Cranes, 5th Edition", API, SPEC-2C, 1995. [34] "Cranes – Offshore Cranes – Part 1: General purpose offshore cranes", DIN, DIN-EN13852, 2000.

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