CASO DE LA VIDA REAL - MÚLTIPLES AUMENTOS DE CARGAS
Hay ocasiones en las que nos vamos a encontrar casos en que la capacidad inicial de las canalizaciones se verá desbordada con sucesivos aumentos paulatinos en las demandas de ciertas Cargas Eléctricas no previstas y que requieren de rápidas, económicas y acertadas soluciones. En este Artículo Técnico vamos a analizar un caso posible de la vida real:
Este caso que puede ser de la vida real y que nos ocupa en esta oportunidad es el siguiente: en una isla del pacífico sur se edificó un aeropuerto sobre terrenos ganados al mar debidos a la poca distancia disponible para el carreteo de los aviones y a los obstáculos que había en el Cono de Aproximación con la finalidad de garantizar un seguro aterrizaje de las aeronaves. En la imagen podemos apreciar la ubicación de la actual Torre de Control, las canalizaciones del circuito que le da servicio eléctrico y la ubicación de la Subestación que da servicio de energía eléctrica a todo en Conjunto Aeroportuario.
El Sistema de Distribución en Media Tensión que da servicio al Aeropuerto consiste en un Alimentador exclusivo en Media Tensión a 33 KV y 50Hz que viene en forma subterránea desde una subestación ubicada a pocos kilómetros de distancia. En esta Subestación hay 2 transformadores de 2.5 MVA, 33KV/400-230 V cada uno conectados a un Cuadro Principal de Distribución que tiene 2 Barras de 400 V, un Interruptor de Enlace y un Generador de 2.500 KW con su Interruptor de Transferencias Automático, el cual entra en servicio al detectar ausencia del servicio normal de electricidad. Estas dos barras alimentan a todas las Cargas del Aeropuerto y sus servicios, incluyendo al área donde está actualmente la Torre de Control. Cada transformador, en forma independiente, tiene la Capacidad necesaria para alimentar a todas las cargas del aeropuerto. En la siguiente imagen pueden observar el Diagrama Unifilar que tiene encerrada en una elipse el circuito que nos ocupa en este caso.
Diagrama Unifilar original
Instalaciones iniciales:
Desde que se construyó el aeropuerto se previó un circuito para cargas de Radioayudas en el área que hay entre la Pista Principal y el mar; esta canalización se proyectó con 4 tubos de PVC donde se ocuparía un solo tubo y quedarían 3 mas de reserva. La demanda inicial de este circuito era de 100 KVA , lo que era suficiente en esa época para cubrir todas las Cargas instaladas de esa área. Se colocó un circuito identificado como Cable TC (Torre de Control) compuesto por 4C 1×150 mm2 (3f+n) y un conductor desnudo de 75 mm2 (t) protegidos por un interruptor de 250 A. De esta forma se ocupaba solamente uno de los tubos de la zanja y los otros 3 tubos quedarían de reserva para posibles futuras ampliaciones porque, una vez que estuviera construida la pista, era muy difícil colocar nuevas canalizaciones.
Nota: en un diagrama Unifilar sólo se representan los conductores de fases.
Primera ampliación:
Con el transcurso del tiempo, se instalaron nuevos equipos de Radioayudas y otros servicios que requerían una demanda máxima de 200 KVA. La solución mas sencilla, rápida y económica, como ya existía un circuito con cable de 150 mm2, era la de duplicar la cantidad de cables y ocupar uno de los tubos de reserva. Así se hizo, cambiando el interruptor de 250 A por uno de 400 A y el circuito quedaba compuesto compuesto por 2 x 4 C 150 mm2 (3f+n) y 2 conductor desnudo de 75 mm2 (t) y de esta forma quedarían aún 2 tubos de reserva, tal como se muestra en la imagen siguiente:
Segunda ampliación:
Un par de años mas tarde la Isla sufrió un fuerte incremento del sector turismo y la cantidad de vuelos también se multiplicó, por lo que se hizo necesario construir una Torre de Control con un Radar y otras facilidades y que serviría también para alojar todos los equipos que ya existían por lo que se requería ahora tener capacidad para poder alimentar cargas de 400 KVA.
Ya anteriormente se había preparado el circuito para alimentar cargas por 200 kva y ahora lo lógico sería duplicar nuevamente lo que ya existía pero el inconveniente era que ya no quedarían tubos de reserva. Se tomó esa decisión, debido a la imperante necesidad de solucionar rápidamente el problema por la presión turística. El circuito quedó de la siguiente forma: 4x4C 1x 150 mm2 (3f+n) y 4 conductores desnudos de 75 mm2 (t) protegidos ahora por un interruptor de630 A. En la imagen siguiente podemos observar la canalización con todos los tubos ocupados.
Tercera ampliación:
Pasó un poco mas de tiempo y, como la Isla tenía muchos atractivos turísticos, la afluencia de pasajeros no dejaba de incrementerse hasta tal punto que contínuamente llegaban vuelos cada vez mas a menudo por lo que las Autoridades Aeronáuticas decidieron convertirlo en Aeropuerto Internacional por lo que las Cargas del área de la Torre de Control iban a subir de 400 KVA a 750 KVA.
Ahora bien, sabemos que:
- Ya no hay tubos de reserva disponibles porque se ocuparon en los sucesivos aumentos de Cargas.
- No se permite interrumpir la alimentación de la Torre de Control ni el aterrizaje de los aviones porque no se puede afectar al sector turístico porque que se convirtió en la fuente principal de ingresos de la isla. Se planifica la construcción de otro aeropuerto mas grande, del otro lado de la isla (si solucionamos adecuadamente este problema, el proyecto del otro aeropuerto nos lo otorgarían con seguridad).
- No se permite hacer excavaciones superficiales atravesando la pista porque supone un riesgo de perder la continuidad de operaciones aéreas, la integridad y/o compactación de la pista ya que fue construida con terrenos ganados al mar.
- Las autoridades aeroportuarias sólo permiten suspender el servicio de energía eléctrica a la Torre de Control en un horario comprendido entre las 12 de la noche y las 5 de la mañana y en ese lapso no da tiempo para sustituir los conductores de ese circuito por otros de mayor calibre. Quedaba descartada esta opción.
Si se te presenta un caso como este, ¿Cómo lo resolverías?
Piensa por un rato, antes de seguir leyendo, como lo harías tu.
Si es una opción diferente, envíanos, por favor, un email llenando el formato que está al pie de esta página describiéndola.
OPCIONES POSIBLES:
OPCION 1:
Al no poder llevar circuitos nuevos en Baja Tensión rodeando la pista porque la distancia sería de al menos 2.000 metros, nos deja sólo la posibilidad de llevar energía en Media Tensión (línea amarilla en la siguiente imagen) pero al observar el Diagrama Unifilar General (segunda imagen) si nos conectamos a la Barra de 33 KV no tendríamos la ventaja de conectarnos al Generador de Emergencias del aeropuerto, por lo que sería necesario colocar otro Generador de Emergencias en las inmediaciones de la Torre de Control pero esa solución sería complicada y costosa por las instalaciones y por el sistema de suministro de combustible (línea roja en la siguiente imagen).
OPCION 2:
Otra opción, si nos lo permitieran las Autoridades Aeronáuticas, pudiera ser una Perforación Horizontal Dirigida (Horizontal Directional Drilling – HDD por sus siglas en inglés) donde se colocarían nuevas tuberías atravesando la pista. Esta solución sería mas complicada porque en la isla no existe empresa que tenga esos equipos y habría que traerlos desde afuera. Con esta solución se pueden construir nuevas canalizaciones si afectar el tránsito normal de aeropuerto. Es bueno tenerla siempre presente como una alternativa válida en muchos casos tales como cruces por autopistas, vías del ferrocarril, cruce de ríos, pistas de aeropuertos, calles transitadas, cascos históricos de ciudades…etc.
Aunque esta solución en este caso no la podemos aplicar debido a que las Autoridades Aeronáuticas no nos lo permiten, vale la pena ver cómo se hace porque esta información nos puede servir en algún momento de nuestra vida profesional.
Video publicado en Youtube por Vermer España
La Perforación Horizontal Dirigida, llamada también PHD o HDD (acrónimo del inglés Horizontal Directional Drilling), es un sistema que permite la colocación de cables, conductos y tuberías sin necesidad de excavación. La colocación se realiza por medio de una perforación en el suelo. Se introducen en el terreno barras guíadas por una cabeza de perforación que preparan el paso para la introduccíon del cable.
Las etapas principales son 3:
- Perforación piloto guiada para la creación del percurso del cable,
- Paso del escariador para adaptar el percurso al diámetro del cable/tubería,
- Tiro del cable /de la tubería en posición.
VENTAJAS:
- Se puede trabajar en contextos complejos como cruces de carreteras, ferrocarriles y ríos, sin bloquear la circulación.
- Se pueden colocar tuberías para longitudes muy largas, también más de un kilómetro, y de diámetros amplios.
- Es posibile colocar líneas también en áreas ciudadanas, donde ya está presente una red importante de utencias, sin interferencias o bloqueo de la erogación de servicios.
- Los equipos de perforación necesitan un espacio reducido para el trabajo y se puede hacer la colocación sin necesidad de interrumpir el tráfico, una ventaja muy importante especialmente en áreas urbanas.
- Se pueden hacer colocaciones en centros históricos y en presencia de pavimentación en materiales valiosos sin hacer daños.
- Se reduce el impacto medioambiental.
– Ver información adicional: PLAN DE PERFORACION HORIZONTAL
Información tomada de la página web de la empresa VERMEER ESPAÑA
OTRAS FUENTES:
– Perforación Horizontal Dirigida – Ve Group Equipos y Materiales Especializados.
– Perforación Horizontal Dirigida – Sistemas de Perforación.
– Perforación Horizontal Dirigida – Perforaciones Horizontales Peru SAC
OPCION 3:
Como Ingeniero del sector eléctrico sabemos la Capacidad de un Cable está íntimamente relacionada con la temperatura máxima que soporta el aislante del conductor y esa temperatura está relacionada con la corriente que circula por el conductor (I²R), por la temperatura ambiente, la del terreno (si está enterrado) que puede disipar hacia la canalización y el terreno (resistencia térmica) hacia el medio ambiente y por la contribución de otras fuentes de calor (otros cables y/o tuberías de vapor…etc).
Sabemos también que en todas las NORMAS el límite de Baja Tensión es de 1.000 voltios en AC y que mas allá de este valor debemos aplicar las NORMAS correspondientes a la Media Tensión, cuyas consideraciones son totalmente diferentes. También sabemos que para una carga determinada (KVA), si aumentamos la tensión al doble vamos a poder alimentarla con la mitad de la corriente y poder así emplear un conductor de menor calibre.
Sabiendo lo anteriormente expuesto, y analizando que en el caso que describimos en este Artículo Técnico el sistema de distribución en Baja Tensión es de 400V entre fases y 230 V entre fase y tierra y los conductores que ya están colocados están aislado a 1.000 V podemos suponer que si colocamos autotransformadores en el origen (subestación) del circuito para subir la tensión al doble (800V – todavía estamos en el rango de Baja Tensión) para luego hacer lo opuesto (bajarla a 400V) en el área de la Torre de Control pudiera funcionar el sistema con el cableado que ya existe. Ver en la imagen siguiente que lo que está dibujado en color magenta es exactamente las instalaciones existentes que hay entre la subestación y la torre de control:
Si se colocan el interruptor de 1250A en el Cuadro Principal (en un espacio de reserva existente), el autotransformador AT1 (ver diagrama Unifilar de la siguiente imagen) en la Subestación y el AT2 en la Torre de Control podemos hacer esas reconexiones en el horario disponible en la que se nos permite quitar la energía eléctrica (desde las 12 de la noche hasta las 5 de la mañana) de la Torre de Control, solucionando de esta manera el problema planteado en este Artículo Técnico.
Es de hacer notar que la Capacidad de Corriente del cable mejora grandemente porque está relacionada con el cuadrado de la corriente (I²R). Al hacer la conexión por autotransformador, como se muestra en la figura anterior, para que la tensión suba al doble, podemos emplear transformadores de la mitad de la Capacidad total a transmitir; de tal forma de que si antes teníamos 400 KVA en la carga, ahora podemos transmitir hasta 800 KVA con autotransformadores de 400 KVA de capacidad. La Caída de tensión en el tramo existente se nos va a la mitad aproximadamente, por lo que nos mejora el sistema.
Con esta solución tenemos la ventaja de que empleamos y aprovechamos los conductores y las canalizaciones existentes, quedamos conectados “aguas abajo” del circuito del Generador de Emergencias, mejoramos la temperatura de funcionamiento de los cables y sus pérdidas por efecto joule, minimizamos el tiempo de desconexión del sistema eléctrico de la Torre de Control, empleamos el mismo Sistema de Malla de Tierra y nos queda algo de reserva reserva para ampliaciones en el futuro.
Moraleja: si se te presenta un caso similar, a la hora de hacer un proyecto, y debas dejar canalizaciones de reserva en un tramo en el que no se pueda volver a excavar, acuérdate de este caso y exagera en dejar reservas que quizás nunca debas utilizar.
En toda actividad que realices piensa siempre desde “fuera de la caja” y pregúntate el QUE, CUANDO, COMO, DONDE y POR QUÉ:
- QUE estoy haciendo.
- CUANDO lo puedo volver a aplicar.
- COMO lo puedo mejorar.
- DONDE lo puedo aplicar de nuevo.
- POR QUÉ lo hago.
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