Electricidad a 4000 metros de altura: ¿qué cambia cuando trabajamos en la Puna?
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Cuando pensamos en electricidad, solemos imaginar que las condiciones del entorno tienen poca importancia. Un motor de 380 V sigue siendo un motor de 380 V y un cable continúa conduciendo corriente de la misma manera.
Pero cuando una instalación eléctrica se encuentra a 3.000, 4.000 o incluso más metros sobre el nivel del mar, el entorno cambia de manera significativa.
En la Puna argentina, donde existen numerosos proyectos mineros a gran altura, estas condiciones deben ser consideradas desde la etapa de diseño. La menor presión atmosférica, las temperaturas extremas, la radiación solar, los vientos, el polvo y las grandes distancias entre equipos pueden modificar las condiciones de funcionamiento de una instalación.
La electricidad no funciona con otras leyes en la altura. Lo que cambia son las condiciones en las que trabajan los equipos eléctricos.
Menos aire, menos capacidad de refrigeración
Uno de los primeros efectos de la altura está relacionado con algo tan cotidiano como el aire.
A medida que aumenta la altitud, disminuyen la presión atmosférica y la densidad del aire. Esto significa que un determinado volumen de aire contiene menos masa y, por lo tanto, tiene menor capacidad para transportar calor.
Esto es especialmente importante en equipos que dependen del aire para refrigerarse.
Motores eléctricos, transformadores secos, variadores de frecuencia, fuentes de alimentación y otros equipos pueden experimentar un aumento de temperatura cuando trabajan a gran altura.
Por eso, muchos fabricantes establecen una altitud de referencia —frecuentemente 1.000 metros sobre el nivel del mar— a partir de la cual es necesario verificar las condiciones de funcionamiento y, en determinados casos, aplicar un derating (derrateo), es decir, reducir la capacidad admisible del equipo.
Por ejemplo, ABB señala que determinados transformadores secos ventilados requieren una reducción de su potencia admisible a partir de los 1.000 metros debido a la disminución de la densidad del aire y de la eficiencia de refrigeración.
En motores eléctricos ocurre algo similar: la menor capacidad de refrigeración del aire puede requerir una reducción de potencia o una evaluación específica del motor para la altitud de instalación. La norma IEC 60034-1 contempla las condiciones de funcionamiento y características de las máquinas eléctricas rotativas.
Por eso, un motor que trabaja correctamente al nivel del mar no necesariamente puede instalarse a 4.000 metros utilizando exactamente los mismos criterios.
¿La electricidad viaja peor por los cables?
Esta es una pregunta muy interesante.
No. La altura no hace que la corriente eléctrica “pierda fuerza” simplemente por recorrer un cable.
La resistencia eléctrica de un conductor depende principalmente de su material, sección, longitud y temperatura. La presión atmosférica alrededor del cable no cambia de manera significativa la resistencia del cobre o del aluminio.
Sin embargo, cuando hablamos de instalaciones industriales, la longitud del tendido sí importa, y mucho.
Imaginemos una instalación minera en la que un variador de frecuencia controla un motor ubicado a varios cientos de metros.
Cuanto mayor sea la distancia entre ambos equipos, mayor será la longitud del conductor y, por lo tanto, mayores serán determinados efectos eléctricos:
caída de tensión;
pérdidas de energía;
calentamiento del conductor;
capacitancia distribuida del cable;
efectos electromagnéticos;
y, en el caso de motores alimentados mediante variadores de frecuencia, fenómenos asociados a los pulsos de alta frecuencia generados por el variador.
Esto último merece especial atención.
Variador de frecuencia + motor: cuando la distancia empieza a importar
Un variador de frecuencia no entrega al motor una tensión sinusoidal convencional idéntica a la de la red. Utiliza electrónica de potencia para generar pulsos que permiten controlar la velocidad y el torque del motor.
Cuando el cable entre el variador y el motor es largo, las características eléctricas del propio cable comienzan a tener mayor importancia. Pueden aparecer reflexiones de tensión, corrientes capacitivas y problemas de compatibilidad electromagnética.
Por eso, en una instalación industrial no basta con preguntar qué potencia tiene el motor. También es necesario conocer qué distancia existe entre el variador y el motor y qué tipo de cable se utilizará.
Los propios fabricantes de variadores establecen condiciones de instalación, límites y recomendaciones relacionadas con la altitud, la temperatura y las características de la instalación. Por ejemplo, determinados equipos Rockwell Automation especifican condiciones de funcionamiento sin derating hasta 1.000 metros y establecen reducciones de capacidad para mayores altitudes.
En otras palabras:
la distancia entre controlador y motor importa, pero por razones eléctricas propias del sistema, no porque la electricidad tenga más dificultad para recorrer un cable en la montaña.
La altura también afecta al aislamiento eléctrico
Cuando se trabaja con electricidad a 4000 metros de altura o más aparece uno de los efectos más interesantes de trabajar en la Puna.
El aire funciona como aislante eléctrico. Pero su capacidad para soportar un determinado campo eléctrico depende, entre otros factores, de su presión y densidad.
A mayor altura hay menos moléculas de aire entre dos puntos.
Esto puede afectar el comportamiento de las descargas eléctricas y de los arcos eléctricos, especialmente en instalaciones de mayor tensión.
Por eso, las distancias de aislamiento que resultan adecuadas a nivel del mar no necesariamente pueden trasladarse directamente a una instalación ubicada a 4.000 metros.
La IEC 60664-1 contempla expresamente la corrección de las distancias de aislamiento para equipos instalados a mayores altitudes. Su edición vigente indica que los criterios estándar se aplican hasta 2.000 metros y proporciona orientación para instalaciones situadas por encima de esa altura.
En instalaciones de media tensión, este aspecto adquiere todavía mayor importancia. Las distancias en aire y los niveles de aislamiento de conductores, aisladores y partes energizadas deben evaluarse teniendo en cuenta las condiciones atmosféricas y la altitud del lugar. En estos casos, la coordinación de aislamiento se analiza de acuerdo con las normas aplicables al nivel de tensión y al tipo de equipamiento, como la serie IEC 60071 y las normas IEC 62271 para aparellaje de media y alta tensión.
A 4.000 metros, el sol también es parte del problema
La altura no solamente modifica la presión del aire.
En la Puna, la radiación solar y, particularmente, la radiación ultravioleta representa otro factor ambiental que debe tenerse en cuenta.
La región presenta niveles elevados de radiación UV. De hecho, existen estudios específicos realizados en localidades de la Puna, como Tolar Grande, a unos 3.560 metros sobre el nivel del mar, que analizaron estadísticamente la radiación UV de la zona.
Además, el propio Estado argentino desarrolló recomendaciones específicas sobre exposición a radiación ultravioleta para la actividad minera en altura en la Puna.
¿Y qué tiene que ver esto con una instalación eléctrica?
Mucho.
La radiación UV puede degradar con el tiempo determinados materiales plásticos y polímeros utilizados en:
cubiertas de cables;
canalizaciones;
bandejas y accesorios;
cajas;
prensaestopas;
sellos;
aislantes;
bridas y elementos de fijación.
Un material que permanece durante años expuesto al sol puede perder flexibilidad, agrietarse o deteriorarse si no está diseñado para esa condición ambiental.
En determinados tendidos exteriores será necesario utilizar cables con cubierta apta para exposición solar y UV, o protegerlos mediante una canalización adecuada.
Las normas aplicables a cables de potencia establecen requisitos constructivos y de ensayo según el tipo de cable y su aplicación; para instalaciones especiales, además, deben considerarse las condiciones particulares del proyecto.
Con electricidad a 4000 metros de altura ¿Cable al aire libre o canalización?
La respuesta no es simplemente "en altura hay que poner cañería".
La elección depende del lugar y del tipo de instalación.
Un cable específicamente diseñado para instalación exterior puede ser perfectamente apropiado para determinadas aplicaciones. En otras, una canalización puede aportar protección adicional frente a:
radiación solar;
impactos;
abrasión;
polvo;
viento;
esfuerzos mecánicos;
animales;
tránsito de personas o vehículos.
También hay que considerar que la canalización no es únicamente una protección mecánica. Su utilización puede influir en la disipación térmica del cable y, por lo tanto, en la capacidad de conducción de corriente.
Por eso, proteger un cable dentro de una canalización no significa automáticamente que pueda transportar la misma corriente que instalado de otra manera. El método de instalación forma parte del cálculo.
Diseñar para la altura no es simplemente "hacer lo mismo, pero más grande"
Una instalación eléctrica ubicada a 4.000 metros sobre el nivel del mar puede utilizar los mismos principios eléctricos que cualquier otra instalación industrial.
Lo que cambia es el conjunto de condiciones de diseño.
Al proyectar una instalación en altura es necesario evaluar, entre otros aspectos:
Altitud→ afecta la refrigeración y el comportamiento del aislamiento en aire.
Temperatura→ modifica la capacidad de conducción de los cables y el funcionamiento de los equipos.
Longitud de los tendidos→ influye en caída de tensión, pérdidas y, en sistemas con variadores, en fenómenos asociados al cableado del motor.
Radiación UV→ puede acelerar el deterioro de materiales expuestos al exterior.
Polvo y contaminación→ pueden afectar equipos, ventilación y superficies aislantes.
Viento y condiciones mecánicas→ deben considerarse en tendidos, bandejas y estructuras.
Descargas atmosféricas→ requieren evaluar el riesgo de rayos y definir, según corresponda, medidas de protección contra el rayo, puesta a tierra, equipotencialidad y protección contra sobretensiones.
Características del equipo→ motores, variadores, transformadores y demás componentes deben verificarse para la altitud y temperatura reales de operación.
La ingeniería también consiste en conocer el lugar donde va a funcionar una instalación
En proyectos industriales y mineros, la selección de un equipo no termina cuando encontramos uno que cumple con la tensión y potencia necesarias.
El equipo tiene que funcionar en el lugar real donde será instalado.
Un motor puede tener la potencia adecuada. Un cable puede tener la sección adecuada. Un tablero puede tener la corriente nominal adecuada.
Pero si todos esos componentes fueron seleccionados suponiendo condiciones de nivel del mar, temperatura moderada y una instalación corta, el resultado puede ser muy diferente cuando el mismo sistema debe funcionar a más de 4.000 metros de altura.
Por eso, en la Puna, cada detalle cuenta.
Desde la selección de los equipos y el cálculo de los conductores hasta la protección contra sobretensiones, la disipación térmica y los materiales expuestos a la intemperie, la altura forma parte de las condiciones de diseño.
Y cuando se trabaja en instalaciones industriales y mineras, diseñar teniendo en cuenta esas condiciones no es un detalle: es parte de garantizar que la instalación sea segura, confiable y capaz de funcionar durante toda su vida útil.
En PyP Electricidad entendemos que cada proyecto tiene sus propias condiciones de operación. En instalaciones de alta montaña, conocer el entorno es tan importante como conocer la instalación.
PyP Electricidad — Conectamos energía y calidad.
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