Electricidad a 4000 metros de altura: ¿qué cambia cuando trabajamos en la Puna?

 

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.

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 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?