DISEÑO DE UN SISTEMA INTEGRAL DE PUESTA A TIERRA QUE MEJORE LAS CONDICIONES DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS PARA ESTRUCTURAS DE GRAN ALTURA

UNIVERSIDAD FERMÍN TORO[pic 1]

VICERECTORADO ACADÉMICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ELECTIVA - (SISTEMAS PUESTA A TIERRA) -2018/02 - SAIA A

PROF. ANDRÉS SOTO

DISEÑO DE UN SISTEMA INTEGRAL DE PUESTA A TIERRA QUE MEJORE LAS CONDICIONES DE PROTECCIÓN CONTRA

DESCARGAS ATMOSFÉRICAS PARA

ESTRUCTURAS DE GRAN ALTURA

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Memoria descriptiva

Autores:

                                                 JORGEANA YÉPEZ. C.I.: 21.054.918

                                                 LUIS PEROZO. C.I.: 21.725.986

    YEIFERSON PORTILLO C.I.: 21.726.896

Agosto, 2018

INTRODUCCIÓN

Una construcción segura, es aquella que considera en mayor medida las variables que puedan afectar su correcto funcionamiento, entre estas variables deben ser consideradas las descargas eléctricas atmosféricas; al no disponer de sistemas de protección contra rayos se pueden presentar daños estructurales, destrucción de equipos y un riesgo mortal para los seres vivos.

Los rayos son señales eléctricas de alta frecuencia, alta tensión y alta corriente, los efectos directos de un impacto van desde la destrucción física de estructuras, equipos, incendios, entre otros. Entre los efectos secundarios tenemos sobre voltajes transitorios, que pueden causar graves daños en los equipos y sistemas que no están convenientemente protegidos, sistemas electrónicos y sistemas de telecomunicaciones, causantes de desprogramación, filtración de ruidos e inutilidad. (Pinzón (2017)

Ello expone entonces, la necesidad de que se implementen nuevas estrategias, requiere por tanto empresas especializadas e innovadoras enfocadas en la protección contra descargas eléctricas atmosféricas, con amplios conocimientos, capaces de ejecutar proyectos en sistemas de apantallamiento contra descargas y sistemas de puesta a tierra.

Dichos sistemas de protección, se realizarán mediante software, siempre teniendo como referencia la normatividad correspondiente a nivel nacional e internacional. Mediante el prsente trabajo de investigación tipo proyecto factible, se exponen los procedimientos y estudios previos que deben ser considerados para un inversionista que halle atractivo el proyecto, considerando los beneficios económicos derivados de la incursión en este mercado poco explorado.

Entonces, en el desarrollo de estructuras verticales muy altas, la actual tecnología en Rascacielos tiene el reto de la protección contra descargas atmosféricas y rayos. Los ingenieros enfrentan actualmente el desafío de construir, proyectar y desarrollar edificios de gran altura. Además, deben armonizar tres aspectos: la tecnología, el confort y la seguridad.

Todo ello con el fin de mantener a la vanguardia arquitectónica, pero debe ir acompañada de estándares de seguridad. Al respecto, Rojas (2014) ofrece una primera aproximación a los elementos y variables que van a dirigir este proyecto:

El rayo es una chispa eléctrica producida mediante una nube cargada de electricidad y la tierra, también entre dos nubes con cargas de diferente signo. Cuando las diferencias de tensión entre ellas crean gradientes que el aire existente entre ellas no es capaz de soportar, se generan así dos tipos de rayos: 1- Los que se provocan entre nubes y la tierra. 2- Los que se inducen entre las mismas nubes. (p.5)

El caso que nos ocupa es el primer tipo por lo que nos entraremos en esta clase de rayos que son los que fomentan el estudio a esta propuesta de proyecto. El fenómeno del rayo se fundamenta en una transmisión rápida de carga entre la atmósfera y la tierra. Este intercambio de carga tiene lugar a través del dieléctrico del aire mediante una descarga disruptiva que transporta una cantidad de carga tendente a neutralizar la existente en la nube.

Por último, en 5 capítulos, se ha realizado una breve introducción a los modelos de protección, que constituyen la parte aplicada de la protección contra el rayo, se plasman las consideraciones generales y cálculos para la factibilidad del proyecto. Se ha visto el análisis de riesgo para determinar objetivamente la necesidad de protección y se han presentado los modelos de protección más utilizados actualmente. Dos de los tres modelos se basan en la intercepción del rayo mediante terminales, mientras que el otro se basa en la recolección de corriente del rayo que impacta sobre una estructura.

EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema

Los rayos son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos. Son de alta frecuencia por la elevada razón de cambio de la señal, de aproximadamente 1 us. Por ello, para dirigir a tierra las descargas atmosféricas se utilizan las técnicas para señales en altas frecuencias.

Desde aquí, este enfoque permite dirigir a identificar los problemas que se pretende dar solución este proyecto, donde de acuerdo a Pinzón (Ob. Cit.)  los constantes daños en estructuras civiles, equipos y personal, presentados por causa de las tormentas eléctricas, y la inexistencia de sistemas de protección externa o la mala instalación de los existentes, aumenta la probabilidad de sufrir pérdidas significativas, entre las que destacan: peligros a la integridad de las personas, destrucción de obras civiles, daños económicos irreparables a equipos eléctricos y electrónicos.

En el instante en que se inicia una tormenta eléctrica la ausencia de un sistema de protección externo e interno genera el temor de recibir un impacto de rayo en la locación en la que nos encontramos, procediendo a la detención de nuestras labores con el objeto de no exponer nuestros equipos eléctricos y electrónicos a una posible falla permanente; por el contrario la implementación de un adecuado sistema de protección contra rayos nos permite garantizar la seguridad de nuestras familias, empleados, compañeros, etc. Mitigando la detención de nuestros procesos y el deterioro de nuestros equipos. (p.9)

Y es que desde que el humano y su sociedad desarrollan actividades de explotación de la tierra, deben usar y hacer uso de ciencia y tecnología como medio para subsistir, aspecto que con el paso del tiempo ha sufrido una transición originada por los cambios y demandas de una sociedad que de la misma manera refleja diferentes necesidades que van evolucionando conforme se enseñan nuevas técnicas, estrategias y modos de práctica de comunicación.

Estos pensamientos, se fundan en estudios, de valorar y de identificar posibles soluciones, y servirán de soporte doctrinario bibliográfico y teórico a esta propuesta “Diseño de un Sistema Integral de puesta a Tierra que Mejore las Condiciones de Protección contra Descargas Atmosféricas para Estructuras de Gran Altura”.

Se destaca por ello que, geohistóricamente, diversas naciones en la historia de sus desarrollos y donde sus estructuras arquitectónicas (civiles, militares, otras…) han enfrentado problemas con la naturaleza sobre todo cuando su estructura es a construir de manera vertical, y mientras más alto peor es el problema con factores entre los cuales los rayos y descargas eléctricas son la variante a estudiar a continuación.

Y, ya en el contexto meso de la investigación, Venezuela, sus estructuras no escapan a esta problemática, así, se procura en respuesta el estructurar una metodología para la creación de una empresa especializada en el diseño e instalación de sistemas de protección interna y externa, con capacidad de solventar la amplia demanda del sector de la construcción civil que se encuentre carente de sistemas de protección ante descargas eléctricas atmosféricas y con un gran atractivo de inversión externa o financiación económica de entidades privadas, soportado en un estudio financiero detallado y que se apuntará específicamente a estructuras verticales altas.

Por su parte, Cedeño (2013), en su Estudio de los métodos utilizados en el diseño de puesta a tierra en las subestaciones eléctricas y líneas de transmisión para los niveles de tensión de 400kv, 230kv, 115kv y 34.5kv en CADAFE, emprendida desde la Universidad de Oriente. Núcleo de Anzoátegui, se explanan casos donde comparativamente en Estados Unidos también, por ejemplo, las descargas eléctricas atmosféricas son responsables de cientos o miles de millones de dólares de pérdidas anuales. Por otra parte los rayos también causan incendios y desgracias personales por electrocución.

En aquel momento, ya en 1905 se reportan ya estudios fotográficos de descargas atmosféricas realizadas con una cámara móvil. Vienen luego proyectos donde se miden gradientes causados por la carga de las nubes, se utilizan el klidonógrafo, el oscilógrafo y muchos otros medios para un estudio detallado de la descarga atmosférica y su efecto en los sistemas de potencia eléctrica.

Se indica por ello, la respuesta de enfocar hacia los estudios de campo son una parte fundamental de la protección contra el rayo, permiten la evaluación de los sistemas de protección en condiciones reales, así como la comparación o evaluación de la eficiencia entre sistemas, una mejor comprensión de la física del rayo o la obtención de estadísticas sobre los parámetros, lo cual es una de las bases de los modelos de protección.

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