Seguridad eléctrica. Protección de equipos y electrodomésticos contra sobrevoltajes por descargas atmosféricas

En la naturaleza existen factores y condiciones severas del clima, tales como las tormentas o descargas eléctricas (también conocidas como rayos), las cuales son muy habituales, peligrosas e impredecibles. 

Cuando un rayo se descarga, este genera un impulso de corriente que puede llegar a alcanzar decenas de miles de amperios, lo cual a su vez origina un sobrevoltaje transitorio en el sistema eléctrico (Aplicaciones Tecnológicas). Esto puede ocasionar daños irreparables en los equipos y electrodomésticos que están conectados a la red eléctrica.

A pesar de que los sobrevoltajes originados por las descargas atmosféricas han existido desde la creación de los sistemas eléctricos, la necesidad de proteger los equipos y los electrodomésticos en la actualidad es mucho mayor debido a la evolución de la tecnología hacia componentes más pequeños y más sensibles a las perturbaciones electromagnéticas (Aplicaciones Tecnológicas).

Dada esta necesidad, así como también, dada la incidencia que el sobrevoltaje puede tener en la seguridad de las personas, las instalaciones y los equipos; la Comisión Internacional de Electrotécnica (IEC), a través del Comité Técnico TC 34/SC 37A, Dispositivos de protección contra sobrevoltaje de bajo voltaje, desarrolla normas internacionales para los dispositivos de protección contra sobrevoltajespara la protección contra los efectos directos e indirectos de los rayos o contra otros sobrevoltajes transitorio.

Otro campo de aplicación que también abarca IEC sobre protección de equipos es del Comité Técnico TC 64, Instalaciones eléctricas y protección contra descargas eléctricas, cuyo propósito es preparar normas internacionales que establecen los requisitos para la instalación y coordinación del equipo eléctrico, requisitos básicos de seguridad para la protección contra las descargas eléctricas que deben utilizar los comités técnicos, requisitos de seguridad para la protección contra otros peligros derivados del uso de la electricidad, entre otros (IEC).

Asimismo, como medidas para la protección contra los sobrevoltajes, IEC también ha desarrollado normas y guías internacionales sobre protección contra el rayo para estructuras y edificios, así como para personas, instalaciones, servicios y equipamientos, tal como se especifica en el campo de aplicación del Comité Técnico TC 81, Protección contra el rayo (IEC). 

 

La necesidad de protección, los beneficios económicos de la instalación de medidas de protección y la selección de medidas de protección adecuadas deben determinarse en términos de gestión del riesgo. La gestión de riesgos es el tema de la norma IEC 62305-2, Protection against lightning - Part 2: Risk management. Esta norma evalúa los riesgos para una estructura debido a los rayos a tierra, lo cual permite considerar situaciones controladas que deberán disponer de protección contra sobrevoltajes de todas aquellas instalaciones en las que el fallo del suministro o de los equipos debido al sobrevoltaje pudiera afectar a la vida humana, la vida de los animales, los servicios públicos, entre otros (IEC 62305-2:2010, pág. 8). 

Por lo tanto, el empleo de sistemas adecuados o equipos de protección contra el sobrevoltaje y la gestión de riesgo reducirán los elevadísimos valores de los sobrevoltajes originados por las descargas de rayos (directas o indirectas) a valores tolerables, protegiendo de esta forma la vida humana, animal y los equipos e instalaciones eléctricas (Schneider Electric, 2010).

BIBLIOGRAFÍA

- IEC 62305-2, Protection against lightning - Part 2: Risk management

- Aplicaciones Tecnológicas S.A. (AT), Sobretensiones transitorias. Disponible en: https://www.une.org/normalizacion_documentos/Estandarizacion-para-la-industria-4_0.pdf

- Schneider Electric, 2010, Guía de Protección contra Sobretensiones Transitorias. Disponible en:

https://download.schneider-electric.com/files?p_enDocType=Application+solutions&p_File_Name=010511B10_BAJA-guia-sobretensiones-transitorias.pdf&p_Doc_Ref=010511B10

Motores eléctricos eficientes y su aproximación a una era inteligente

El sector energético es una pieza fundamental y de vital importancia en todos los procesos productivos a nivel mundial, de ahí que la gestión óptima de la energía es clave para incrementar la competitividad de las empresas ante el creciente incremento del costo de la energía.   

Al ser la industria un sector intensivo de consumo de energía, el uso eficiente de esta y su optimización representan una estrategia efectiva para la reducción de costos de producción, así como para el cumplimiento de restricciones establecidas sobre la conservación del ambiente. Considerando que, un alto porcentaje de la energía generada a nivel mundial que requieren los procesos productivos es consumida por los motores eléctricos, surge, entonces, la necesidad de incrementar su eficiencia y crear nuevos modelos de negocio en los que se mejore la fiabilidad y se garantice la productividad. Para ello, la industria empieza a tomar conciencia de que, en plena era tecnológica, es importante además de equipos altamente eficientes, la interoperabilidad de estos y su monitorización de forma remota.  

Es por ello que la incorporación de las nuevas tecnologías tales como la comunicación global instantánea de los equipos altamente eficientes permitirá importantes beneficios a un costo razonable. La conectividad de los motores eléctricos también permitirá conocer con mayor exactitud dónde se producen las pérdidas de eficiencia, apoyará al desarrollo de nuevos procesos de producción más flexibles y personalizados, asegurando que cada etapa esté conectada y que los tiempos muertos entre dichas etapas sean mínimos, lo que resulta en una comunicación en tiempo real confiable y fiable entre máquinas separadas, incluso, a grandes distancias.

Dada esta importancia, en la actualidad la Organización Internacional de Normalización (ISO) y la Comisión Internacional de Electrotécnica (IEC) se encuentran trabajando en el desarrollo de estándares que se utilizan en los modelos actuales y en las nuevas tendencias de fabricación, que garanticen la máxima interoperabilidad requerida en la nueva era industrial.

De forma general, se puede decir que, uno de los campos estratégicos en los que IEC desarrolla normas técnicas es la conectividad. Este nuevo paradigma industrial yace un flujo de información en el cual todos los componentes que intervienen tienen que estar conectados. El comité IEC TC 65, Medición, control y automatización de procesos industriales, dentro de su campo de actividad elabora normas aplicables a los sistemas y elementos utilizados para la medición y control de procesos industriales de fabricación por lotes o continuos. Al ser un campo de actividad extenso, este comité está divido en subcomités que trabajan en campos concretos: (UNE, 2018). 

- SC 65A Aspectos del sistema.

- SC 65B Dispositivos de control y medición.

- SC 65C Redes industriales.

- SC 65E Dispositivos e integración en los sistemas empresariales 

De este comité podemos destacar la publicación de la IEC PAS 63088, Smart Manufacturing – Reference Architecture Model Industry 4.0 (RAMI 4.0), la cual es una especificación que define un Modelo de Arquitectura de Referencia para identificar, estructurar e ilustrar las diferentes áreas donde existen normas o donde se requieren normas. Esto permite establecer normas en relación a diferentes aspectos, jerarquías y ciclos de vida (IEC PAS 63088:2017, pág. 7).

Por otro lado, como trabajo de los grupos estratégicos formados por estos organismos internacionales de normalización referente a la eficiencia en motores eléctricos, IEC publicó la norma IEC 60034-30-1, Máquinas eléctricas rotativas – Parte 30-1: Clases de eficiencia de los motores de corriente alterna operados por línea (código IE) y la Especificación Técnica IEC TS 60034-30-2, Máquinas eléctricas rotativas – Parte 30-2: Clases de eficiencia de los motores de corriente alterna de velocidad variable (código IE). La  clasificación  IEC  considera:  Eficiencia  Estándar  (IE1),  Eficiencia  Alta  (IE2)  y  Eficiencia  Premium (IE3). En  2014 y 2016, IEC  publicó  una  nueva  normativa  que  incluyó  dos  categorías  aún  superiores,  la Eficiencia Premium Súper (IE4) y la Eficiencia Premium Ultra (IE5). De esta forma, se unificó las diversas normativas para la clasificación de la eficiencia de motores, imponiendo un nuevo sistema (CNE, 2018). 

En el Ecuador, se encuentra vigente la NTE INEN 2498, Eficiencia energética en motores eléctricos estacionarios. Requisitos, la cual “establece la eficiencia energética nominal y mínima asociada, y las características de la etiqueta informativa en cuanto a la eficiencia energética de los motores eléctricos estacionarios monofásicos y trifásicos” (NTE INEN 2498:2009, pág. 1).

Queda claro que el avance de las nuevas tecnologías y su incorporación en los nuevos modelos de producción y fabricación, junto con la aplicación de estándares de eficiencia energética permitirán a la industria abordar las necesidades de la nueva era industrial y adaptarse a esa trasformación.

BIBLIOGRAFÍA

IEC PAS 63088: 2017, Smart Manufacturing – Reference Architecture Model Industry 4.0 (RAMI 4.0)

NTE INEN 2498:2009, Eficiencia energética en motores eléctricos estacionarios. Requisitos

Asociación Española de Normalización (UNE), 2018, Estandarización para la industria 4.0. Disponible en: https://www.une.org/normalizacion_documentos/Estandarizacion-para-la-industria-4_0.pdf

Consejo Nacional de Energías (CNE), 2018, Estándares de eficiencia energética en Motores Eléctricos. El Salvador. Disponible en: http://estadisticas.cne.gob.sv/wp-content/uploads/2018/07/Est%C3%A1ndares-de-EE-en-Motores-El%C3%A9ctricos-JULIO.pdf

Poste de hormigón armado

El Poste de hormigón armado es un elemento  estructural,  colocado  verticalmente,  que  contiene  refuerzo  adecuado,  preesforzado  o  no preesforzado, diseñado bajo la hipótesis de que los dos materiales (hormigón y acero) actúan juntos para resistir las fuerzas o las cargas.

De acuerdo con su forma existen dos tipos de postes en el mercado nacional. Los postes circulares de forma troncocónica que se usan en redes de energía eléctrica y telecomunicaciones, y los postes rectangulares tipo H, que se usan en líneas de energía eléctrica en transmisión y subtransmisión.

Este prefabricado de hormigón debe cumplir con características y requisitos mínimos de diseño estructural para que pueda implantarse en el país. En cuanto a sus componentes, qué es el hormigón y el acero, se ha puntualizado en criterios de durabilidad; por lo que, el requisito esencial es que la relación agua/cemento usada para el diseño del hormigón debe ser menor o igual a 0,40 en masa. Con esto garantizamos que el poste posea una vida útil mínima de 15 años, de acuerdo con los códigos de construcción vigentes.

En cuanto a la geometría, posee parámetros mínimos, los cuales tienen como objeto que el recubrimiento y disposición del refuerzo garanticen que cumpla la carga de trabajo a la cual está sometido el poste al momento de su instalación. El recubrimiento es esencial que sea uniforme para envolver el armado, ya que esta ayuda a que la armadura del poste no se afecte debido a las afecciones del ambiente (humedad, gases, agentes corrosivos entre otros) que perjudiquen la durabilidad del poste.

El armado del poste es el esqueleto del mismo, el cual va a soportar las cargas externas consideradas para el uso del poste; por lo cual, el acero debe cumplir como mínimo un fy = 4200 kg/cm².

Una vez especificadas estas condiciones y de acuerdo al análisis estructural del diseñador, se fabrican diferentes tipos de postes de acuerdo con su altura y carga de trabajo a flexión que va a resistir (Por ejemplo, 14 m × 400 kgf; 15 m × 500 kgf). Estas condiciones se verifican mediante un ensayo al poste en posición horizontal, en una estación de pruebas donde se le someterá a flexión en dos etapas, en la primera  se evalúa fisuras, deformaciones hasta la carga de trabajo (50% de la carga a rotura) y por último, se somete el poste a flexión hasta la rotura.

Esto permitirá tener un poste de diferentes alturas, cargas y forma de calidad, que cumpla con todos los requisitos necesarios para que al momento de ser usadas en diferentes obras eléctricas y civiles cumplan con los parámetros y disposiciones necesarias para su buen funcionamiento.

Para que los fabricantes, sector público y privado, cámaras, academia entre otros observen y sepan los motivos de la evaluación al producto y los métodos y parámetros necesarios que se deben seguir, se desarrollaron dos normativas para postes de hormigón.

La primera, NTE INEN 1965-1:2018, Postes de hormigón armado. Parte 1: Postes circulares   de   hormigón   armado   para   soportes   de instalaciones  de  líneas  y  redes  aéreas  de  energía eléctrica y telecomunicaciones. Requisitos y métodos de ensayo; que contempla la clasificación, requisitos y métodos de ensayo antes mencionados para calificar este producto. Por otro lado, para los postes rectangulares se encuentra en estudio el proyecto de norma PNTE INEN 3135, Postes rectangulares tipo H de hormigón armado para soportes de instalaciones de líneas de energía eléctrica en transmisión y subtransmisión. Requisitos y métodos de ensayo; que al igual que NTE INEN 1965-1, posee los criterios y métodos de ensayo para evaluar un poste rectangular tipo H; esta norma se encuentra actualmente en Consulta Pública.

Cabe mencionar que ambas normativas fueron adaptadas a las condiciones y uso del país y con referencia a las normas internacionales que poseen estos productos ya sea en América Latina como en Europa.

Bibliografía 

NTE INEN 1965-1:2018, Postes de hormigón armado. Parte 1: Postes circulares   de   hormigón   armado   para   soportes   de instalaciones  de  líneas  y  redes  aéreas  de  energía eléctrica y telecomunicaciones. Requisitos y métodos de ensayo.

IRAM  1603:2009, Postes  de  hormigón  armado,  de  sección  anular  y  forma  troncocónica,  para soporte de instalaciones aéreas. 

NTC 1329:2013, Prefabricados en concreto. Postes de concreto para líneas de energía eléctrica y telecomunicaciones.

PNTE INEN 3135, Postes rectangulares tipo H de hormigón armado para soportes de instalaciones de líneas de energía eléctrica en transmisión y subtransmisión. Requisitos y métodos de ensayo.

UNE 207016:2007, Postes de hormigón tipo HV y HVH para líneas eléctricas aéreas.

UNE-EN 12843:2005, Productos prefabricados de hormigón. Mástiles y postes.

Gas Licuado de Petróleo (GLP) para uso doméstico

El gas licuado de petróleo (GLP) es una mezcla de hidrocarburos ligeros, compuestos principalmente de propano, propeno, butanos y butenos, que pueden ser almacenados y manipulados en la fase líquida bajo condiciones moderadas de presión y temperatura ambiente, según la norma técnica NTE INEN 2341 (1R). 

En el Ecuador, el GLP se utiliza como combustible doméstico mediante tanques móviles conocidos como cilindros, depósitos estacionarios o redes de distribución. A este producto se le agrega un gas de olor perceptible que puede ser metanotiol para detectar las posibles fugas, ya que el GLP es un gas inodoro. Ver la Figura 1.

Figura 1. Depósito de cilindros de 15 kg de GLP para uso doméstico

El GLP doméstico se usa principalmente en los hogares para la cocción de alimentos, panaderías, restaurantes, talleres artesanales, ventas ambulantes de comida rápida y como fuente de calor para calefones y secadoras a gas, entre otros. Ver la Figura 2.

Figura 2. Inspección de la instalación de un calefón de GLP

Para seguridad en el transporte y uso del GLP se recomienda seguir las directrices del Código de Práctica Ecuatoriano CPE INEN 009, Código de práctica para la manipulación de cilindros de acero para gas licuado de petróleo, entre las directrices más importantes con respecto al uso se encuentran:

Cuando vaya a encender la estufa, primero, encienda el fósforo y manténgalo aproximadamente a 1 cm del quemador; a continuación, deje salir el gas. Nunca deje salir el gas antes de que el fósforo encendido se encuentre cerca del quemador. 

Si se le termina el gas, cierre todos los quemadores conectados al sistema de gas. 

Si se sospecha que existe algún escape de gas, no encienda fósforos y otros objetos que produzcan llamas. No conecte ni desconecte ningún aparato eléctrico, no encienda ni apague las luces, abra las puertas y ventanas para que el gas se disipe. 

Si persiste el escape de gas, cierre completamente la válvula del cilindro. No se debe mover el cilindro.

Al ser el precio del GLP para uso doméstico con un subsidio (menor al costo de producción) con relación al costo de la electricidad, es muy popular el uso en todo el territorio nacional, por lo que, el número de cocinas y hornos de GLP supera ampliamente al de cocinas eléctricas, ya sean de inducción o de resistencias. 

Una característica importante del GLP es su densidad energética que es mayor en comparación como la quema de carbón vegetal y madera (leña), por lo que, el GLP es una alternativa más limpia para el ambiente por la cantidad menor de desechos de la combustión (humo).

BIBLIOGRAFÍA

- NTE INEN 2341:2013 (1R), Petróleo productos del petróleo. Productos relacionados con el petróleo y afines. Definiciones

- https://es.wikipedia.org/wiki/Gas_licuado_del_petr%C3%B3leo

- https://www.youtube.com/watch?v=Gw-QnpR6nm4

- https://es.wikipedia.org/wiki/Metanotiol