1
Índice.
Dedicatoria.-------------------------------------------------------------------------- 7
Agradecimientos.------------------------------------------------------------------- 8
Resumen.----------------------------------------------------------------------------- 9
Introducción.------------------------------------------------------------------------ 10
Capítulo I. “Equipos médicos.”-------------------------------------------------- 11
I.1. Introducción.-------------------------------------------------------------------- 12
I.2. Autoclave Sakura.------------------------------------------------------------- 13
I.3. Máquina de Anestesia Drager Fabius CE. -------------------------------- 14
I.4. Rayos X Portátil Shimadzu.------------------------------------------------- 15
I.5. Ultrasonido Diagnóstico Toshiba SA-320.-------------------------------- 16
I.6. Microscopio Biológico Olympus CX 21BIM-SET1.--------------------- 18
I.7. Gasómetro Roche OMNI-C.------------------------------------------------ 20
I.8. Centrífuga Kokusan H-103N.----------------------------------------------- 22
I.9. Centrífuga Kokusan Hematocrito H-1200F.----------------------------- 23
I.10. Centrífuga Kokusan 1500FS.------------------------------------------------ 24
I.11. Monitor no Invasivo Nihon-Kohden OPV-1500.----------------------- 25
I.12. Desfibrilador Nihon-Kohden TEC-7721K.------------------------------ 26
I.13. Fotómetro ERMA AE-600.-------------------------------------------------- 27
I.14. Contador de células ERMA 410N.---------------------------------------- 28
I.15. Mesa de operaciones Takeuchi TS-102.--------------------------------- 29
I.16. Ultrasonido Terapéutico TECE (Comby).------------------------------- 30
I.17. Bomba de infusión JMS OT- 701.----------------------------------------- 31
I.18. Jeringas Perfusoras JMS SP-500.----------------------------------------- 33
I.19. Balanza Shimadzu.---------------------------------------------------------- 34
I.20. Aspiradora Portátil Eléctrica de Salón. --------------------------------- 35
2
I.21. Diatermia TECE. ------------------------------------------------------------- 36
I.22. Electrocirugía Acoma Acutor SR-II.------------------------------------- 37
I.23. Lámparas Auxiliares AS 0805EL----------------------------------------- 39
I.24. Electrocardiógrafo Digital Portátil Cardiocid-BB.-------------------- 40
I.25. Ventilador Drager Savina.------------------------------------------------- 41
I.26. Monitor invasivo Nihon Kohden BSM-2301A.------------------------- 42
I.27. Baño de María KH – 806.--------------------------------------------------- 44
I.28. Hemoglobinómetro ERMA HB-20J.-------------------------------------- 45
I.29. Destilador de agua SHIMIZU LED-3004.------------------------------- 46
I.30. Ventilador TAKAOKA.----------------------------------------------------- 47
I.31 Conclusiones parciales.------------------------------------------------------ 48
Capítulo II. “Selección y emplazamiento de los grupos electrógenos en
los hospitales de campaña.”-------------------------------------------------- 49
II.1. Introducción.------------------------------------------------------------------ 50
II.2. Requerimiento de energía.-------------------------------------------------- 51
II.3.Tipos de sistemas y regímenes.----------------------------------------------- 52
II.3.1. Sistemas de Emergencia.----------------------------------------- 53
II.3.2. Emergencia opcional.--------------------------------------------- 53
II.3.3.Carga Base Continua.--------------------------------------------- 53
II.3.4. Co-generación.----------------------------------------------------- 53
II.3.5. Recorte de Picos.--------------------------------------------------- 54
II.3.6. Reducción de Tarifas.-------------------------------------------- 54
II.3.7. Energía Primaria. ------------------------------------------------- 54
II.4. Consideraciones de ubicación.--------------------------------------------- 57
II.4.1. Consideraciones de ubicación en exteriores.----------------- 57
3
II.4.2. Efectos del ambiente sobre los grupos electrógenos.-----58
II.4.3. Consideraciones de ubicación en interiores.----------------- 59
II.4.4. Cimientos y aislamiento de la vibración. --------------------- 60
II.5. Consideraciones ambientales.---------------------------------------------- 60
II.5.1. Ruido y su tratamiento.------------------------------------------ 60
II.5.2. Reglamentos de emisiones de escape.--------------------------61
II.6. Impacto de las cargas eléctricas en el tamaño del generador.-----62
II.6.1. Aplicaciones y rangos de trabajo.------------------------------- 62
II.6.2. Requerimientos de arranque y funcionamiento de carga.
63
II.6.3. Problemas asociados con el desbalance de las cargas--- 64
II.7.Tipos de carga y cálculo detallado de éstas.------------------------------64
II.7.1. Definición de término.-------------------------------------------- 64
II.7.2. Cargas de iluminación. ------------------------------------------- 65
II.7.3. Cargas de aire acondicionado. ---------------------------------- 67
II.7.4. Cargas motoras. -------------------------------------------------- 68
II.7.5. Cargas de UPSs (Fuentes de Potencia Ininterrumpibles).
75
II.7.6. Cargas de cargador de baterías.-------------------------------- 79
II.7.7. Cargas médicas de imagen (rayos X).------------------------- 80
II.7.8. Estimativo de la capacidad del grupo.------------------------- 84
II.7.9. Tolerancias de la tensión y frecuencia de carga.------------ 85
II.8.Selección de los grupos electrógenos instalados en los hospitales de
la misión médica cubana en Pakistán.------------------------------------------ 87
II.8.1. Selección del régimen de trabajo de los generadores.-----87
II.8.2. Selección de la capacidad nominal.---------------------------- 87
II.8.3. Selección de la marca del grupo electrógeno.--------------- 89
4
II.9.Montaje de los grupos electrógenos en los hospitales de campaña. 93
II.9.1. Consideraciones para la mejor ubicación de los generadores
93
II.9.2. Serviciar de forma efectiva los grupos.----------------------- 93
II.9.3. Arranque de los grupos electrógenos. ------------------------- 94
II.10.Conclusiones parciales.--------------------------------------------------- 95
Capítulo III. “Sistemas de suministros y protecciones eléctricas de los
hospitales de campaña.”--------------------------------------------------------------97
III.1. Introducción.----------------------------------------------------------------- 98
III.2. Esquema del sistema de distribución. ---------------------------------- 99
III.2.1. Balance de Cargas. ---------------------------------------------- 105
III.3. Selección de los conductores. --------------------------------------------- 110
III.3.1. Selección de las secciones de los conductores por
corriente. 111
III.3.2. Comprobación de la sección de los conductores por caída
de tensión. -------------------------------------------------------------- 114
III.3.3. Comprobación de la sección de los conductores por
cortocircuito.------------------------------------------------------ 115
III.4. Cálculo de cortocircuito. -------------------------------------------------- 115
III.4.1. Características de los cortocircuitos. --------------------------- 116
III.4.2. Consecuencias de los cortocircuitos. -------------------------- 116
III.4.3. Cálculo de la corriente de cortocircuito para el hospital de
campaña
escogido como modelo. -------------------------------------------- 117
III.5. Cálculo y selección de las protecciones. -------------------------------- 125
III.5.1. Características eléctricas de los disyuntores. ----------------125
5
III.5.2. Cálculo de los disyuntores. --------------------------------------- 125
III.6. Cálculo y diseño de la instalación de tomacorrientes.---------------129
III.7. Pizarra general de distribución (PGD). ------------------------------- 131
III.8. Listado total de materiales. ---------------------------------------------- 133
III.9. Conclusiones parciales.---------------------------------------------------- 134
Capítulo IV. “Instalaciones de sistemas de puesta a tierra.”---------------135
IV.1. Introducción. ---------------------------------------------------------------- 136
IV.2. Suelos. ----------------------------------------------------------------------- 137
IV.2.1. Conductividad de los suelos.----------------------------------- 137
IV.2.2. Parámetros de los cuales depende la resistencia del suelo.
139
IV.2.3. Como disminuir la resistencia del suelo.------------------- 141
IV.3. Instalación del sistema de pararrayos. --------------------------------- 142
IV.3.1. Dispositivo de captura.------------------------------------------- 143
IV.3.2. Bajantes.------------------------------------------------------------ 143
IV.3.3. Tomas de tierra.--------------------------------------------------- 143
IV.3.4. Determinación de la zona de protección.-------------------- 147
IV.3.5. Determinación de las dimensiones de los pararrayos.---150
IV.3.6. Equipotencialidad del sistema.-------------------------------- 151
IV.4. Regímenes de neutro.------------------------------------------------------ 151
IV.4.1. Riesgos presentes en una deficiente puesta a tierra.----152
IV.4.2. Esquemas de conexión a tierra.------------------------------- 152
IV.4.3. Esquema de conexión según el dispositivo transferencial.
160
IV.4.4. Como operar un esquema de conexión IT.------------------ 160
6
IV.4.5. Los esquemas de conexión en las instalaciones
hospitalarias. 162
IV.4.6. Selección de un esquema de conexión.---------------------- 162
IV.5. Puesta a tierra de protección.-------------------------------------------- 163
IV.5.1. Puesta a tierra.--------------------------------------------------- 163
IV.5.2. Tipos de electrodos.--------------------------------------------- 164
IV.5.3. Línea principal de tierra.-------------------------------------- 166
IV.5.4. Conexión de las masas metálicas.---------------------------- 167
IV.5.5. Aspectos generales.---------------------------------------------- 167
IV.6. Ejemplo práctico de como implementar un sistema de protección
contra sobretensiones. --------------------------------------------------------------- 168
IV.7. Conclusiones parciales.--------------------------------------------------- 170
Conclusiones Generales.--------------------------------------------------------- 171
Recomendaciones.---------------------------------------------------------------- 172
Referencias ------------------------------------------------------------------------- 173
Bibliografía.------------------------------------------------------------------------- 174
Anexos.------------------------------------------------------------------------------- 177
7
Dedicatoria.
Dedicamos este trabajo a todos los cubanos que han brindado su
esfuerzo solidario en misiones humanitarias en los lugares más
recónditos del mundo, al sufrido y amistoso pueblo de la República
de Pakistán y a nuestro Comandante en Jefe, autor principal y guía
de todas las misiones internacionalistas de nuestro pueblo.
8
Agradecimientos.
Debemos hacer mención y agradecer a todas aquellas personas que hicieron
posible la realización de este trabajo, en especial al Dr. Carlos Cabal y Lic.
Juana Martínez por confiar siempre en nosotros. A nuestros compañeros de la
misión Ing. Arnaldo Dalbi, Especialista Robín González, Ing. Rafael León y al
Especialista Rolando Paz por brindarnos su amistad y ayuda profesional. A
nuestras familiares y amigos por su apoyo incondicional en todo momento.
9
Resumen.
Ante el desastre ocurrido en Pakistán, nuestro país fue el primero y el más
efectivo en brindar su apoyo solidario a través de una gigantesca misión
médica constituida por la Brigada Henry Reeve.
Esta misión trasladó y emplazó en los lugares más recónditos del Monte
Himalaya 30 hospitales para la atención a los damnificados.
En el presente trabajo se recoge la experiencia obtenida por un grupo de 8
compañeros que conformaron la brigada de 11 especialistas encargados del
suministro y montaje eléctrico de dichos centros médicos.
El propósito de este informe es dar una guía para la selección y puesta en
marcha de los grupos electrógenos apropiados para la generación in situ, de
energía eléctrica en estas instalaciones, los cálculos realizados para determinar
todo el sistema de distribución en los hospitales y el diseño del sistema de
protección general que satisfaga las necesidades de seguridad eléctrica.
10
Introducción.
El 8 de octubre del 2005, el mundo despertó con la triste noticia de que un
devastador terremoto había sembrado la muerte en las cordilleras del
Himalaya. Mientras las grandes potencias del mundo debatían cuál sería el
monto de la ayuda necesaria, la respuesta de nuestra pequeña isla, cuyo
nombre e historia eran totalmente desconocidos en aquellos parajes, no se hizo
esperar. Hacia la lejana nación asiática se trasladó parte del contingente
Henry Reeve, el cual llevaba como carga, toneladas de medicamentos, como
uniformes, las batas blancas y como armas, los conocimientos y la convicción
de que no defraudarían a nuestro pueblo.
Por las características topológicas de estos lugares y su casi inaccesibilidad, la
solución propuesta por la Dirección del Estado de Cuba, fue emplazar
hospitales de campaña. Estos hospitales deberían contar con todo el
equipamiento necesario para dar un servicio con un grado asistencial nunca
antes visto en estas condiciones de emergencia, pero existía la dificultad de
que estos equipos al haber sido adquiridos por Cuba, con anterioridad a estos
sucesos, estaban diseñados para funcionar con un servicio eléctrico a 110 Volt
y 60 Hz.
Una de las consecuencias del terremoto fue la afectación del sistema eléctrico
de la región norte de Pakistán. Unido a esto, se presentó el inconveniente de
que en ese país se distribuye la energía eléctrica a 50 Hz. Estas dificultades
hicieron que, para poner en funcionamiento los hospitales de campaña, la alta
dirección del país determinó que se realizara un proyecto eléctrico en el que se
analizara como llevar a cabo la instalación de grupos electrógenos para
generar la energía eléctrica in situ.
El objetivo de este trabajo es, precisamente, hacer el proyecto para el
suministro de energía eléctrica y la realización de instalaciones eléctricas en
hospitales de campaña para situaciones de desastre, de de manera tal que la
experiencia adquirida pueda servir a otros especialistas que tengan que realizar
esta tarea.
11
No pretende este trabajo ser definitivo. Lo mejor que pudiera pasar es que se
siga enriqueciendo con las experiencias de los que después de los autores de
este manual les toque desarrollar tareas similares.
CAPITULO I
“Equipos Médicos”
12
I.1. Introducción.
Durante el desarrollo de este capítulo se profundizará sobre el tema del
equipamiento médico debido a que es él el que tiene un peso determinante en
la demanda eléctrica de los hospitales, además de presentar requerimientos
especiales de energía.
La necesidad que impone el conocimiento de la carga que se va a suministrar
nos remite al análisis detallado de los equipos médicos que van a formar parte
de los hospitales de campaña que es necesario instalar. El estudio detallado
de cada equipo nos muestra, mediante su principio de funcionamiento, sus
características, su área de trabajo y sus datos de chapas, el camino que
debemos seguir en la elaboración del “Proyecto eléctrico para el montaje de
hospitales de campaña en condiciones de desastre”.
La influencia, como se mencionó anteriormente, de su funcionamiento exigirá o
no una sobredimensión del generador eléctrico que alimentará a los
hospitales. Los datos de chapa (tensión nominal, frecuencia, y consumo) van a
definir la capacidad y, conjuntamente con el área de trabajo de los equipos,
van a definir la mejor ubicación del grupo electrógeno que es necesario utilizar.
El área de trabajo de cada equipo además, va a tener un gran peso en la
instalación de sistemas de puesta a tierra y en el sistema de suministro y
protecciones eléctricas de los hospitales de campaña.
13
I.2. Autoclave Sakura.
Función: La esterilización, tanto del material y medios frescos, como de los
medios ya usados que hayan sufrido contaminación, es un proceso esencial en
todo laboratorio. Esta esterilización suele efectuarse con calor húmedo en unos
aparatos denominados autoclaves. En esencia, una autoclave es un recipiente
en el que se consigue exponer el material a esterilizar a temperaturas
superiores a la de ebullición del agua, gracias al aumento de la presión. Este
equipo puede esterilizar instrumentales, vidrio y tejidos, o sea, todo el material
que se necesita en un hospital. El proceso completo de esterilización en una
autoclave se compone de diferentes fases:
FASE DE PURGADO. A medida que la resistencia calienta el agua del fondo
del calderín, se va produciendo vapor que desplaza el aire, haciéndolo salir por
la válvula de purgado que está abierta. Esta fase termina cuando se alcanza la
temperatura de esterilización.
FASE DE ESTERILIZACIÓN. Una vez cerrada la válvula de purgado y
alcanzada la temperatura de esterilización previamente seleccionada se inicia
el proceso de esterilización.
FASE DE DESCARGA. Terminado el proceso de esterilización, deja de
funcionar la resistencia calefactora, con lo que deja de producirse vapor y la
presión y temperatura del calderín empiezan a descender poco a poco.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110 V
Frecuencia: 60 Hz
14
Consumo: 1200 VA
Rango de Temperatura: 10-40 C0 I.3. Máquina de Anestesia Drager Fabius CE.
Función: La máquina de anestesia Drager Fabius CE es un equipo que puede
ser usado mayormente en el área de cirugía ya que realiza la mezcla de gases
para poder lograr la anestesia total del paciente. La estructura modular del
Fabius, con su compacto diseño, permite también su uso en inmejorables
condiciones de adaptación a cualquier tipo de entorno clínico, tales como salas
de inducción, quirófanos y salas de recuperación. En su configuración básica el
Fabius va equipado con dos suministros de gas, un vaporizador tipo Drager y
un sistema Magill. Una vez configurado el sistema se puede instalar en una
pared, colgado de una columna de techo o sobre un carro. Esta máquina brinda
un sistema completo de anestesia además de medir y registrar importantes
parámetros de ventilación: FiO2, volumen minuto tidal, presión en las vías
respiratorias, frecuencia. Los datos se presentan en tres páginas de pantalla.
En la pantalla inicial muestra por defecto una barra gráfica de la presión en las
vías aéreas, junto a los valores numéricos de O2, VM y Pmáx. Como
alternativa, se visualiza la curva de presión en la segunda página. Por último, la
tercera página permite el ajuste de los parámetros de ventilación. La máquina
presenta baterías que le dan autonomía al equipo durante 45 minutos si
trabajan ventilador y monitor juntos y de tres horas en caso de que trabaje solo
el monitor.
15
I.4. Rayos X Portátil Shimadzu.
Función: El Rayos X Shimadzu portátil modelo MUX-100D es un equipo que
basa su funcionamiento en la emisión, como su nombre expresa, de rayos X.
Es una forma de radiación electromagnética (como la luz visible) y en un
ambiente de cuidados médicos son emitidos por una máquina como partículas
individuales (fotones) que pasan a través del cuerpo para luego ser detectados
por una película sensible. Las estructuras densas (como los huesos)
bloquearán la mayoría de los fotones y aparecerán de color blanco al revelar la
película, las estructuras que contienen aire se verán negras y los músculos, la
grasa y los líquidos aparecen en sombras grises. El metal y los medios de
contraste (intravenoso u oral) bloquean casi todos los fotones y aparecen de un
blanco brillante. Es posible la obtención de la película mediante un proceso de
revelado que se lleva a cabo en el cuarto oscuro. Tiene su uso específico como
hemos ido explicando en la exploración del cuerpo.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 1000 VA
Rango de Temperatura: 10-40C0
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 7 VA
Rango de Temperatura: 10-40 C0
16
I.5. Ultrasonido Diagnóstico Toshiba SA-320.
Función: El ultrasonido Toshiba SA- 320 ofrece imágenes de órganos y
tejidos que no son perceptibles a simple vista. Es posible la obtención de
dichas imágenes variando su frecuencia de trabajo. Cada rango de frecuencia
esta determinado por el transductor que se le incorpore al equipo, por ejemplo:
los tejidos blandos se pueden observar con altas frecuencias que oscilan entre
los valores de siete (7) y nueve (9) megahertz (MHz). El equipo es capaz de
hacer un registro gráfico de la imagen mediante un monitor.
El diagnóstico por ultrasonidos se basa en la detección de los ecos que
provienen del interior del organismo. Debido a la atenuación progresiva del
sonido, se produce una reducción progresiva de la amplitud de los ecos que se
originan en las estructuras profundas, haciendo más difícil su detección. La
atenuación del sonido durante su propagación se debe a desviación de la onda
del sonido, y a la pérdida de energía o absorción.
17
¿Qué son los ultrasonidos?
Los ultrasonidos se definen como ondas acústicas con frecuencias por encima
de aquellas que pueden ser detectadas por el oído humano, desde
aproximadamente 20 kilohertz (kHz) hasta varios cientos de MHz. En contraste
con las ondas electromagnéticas, estas vibraciones necesitan de un medio
físico para su propagación. Los instrumentos médicos utilizan sólo una porción
del espectro de ultrasonidos, entre 1 MHz y 10 MHz, debido a las necesidades
combinadas de buena resolución (longitudes de onda pequeñas) y buena
penetración en los tejidos (frecuencias no demasiado altas).
Son bien conocidas sus aplicaciones médicas usadas para visualizar
características del interior del cuerpo humano. Estas ondas sonoras hacen eco
en las estructuras corporales y, mediante un sistema informático que recoge
ese eco de las ondas reflejadas, permiten reconstruir la imagen.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 300 VA
Rango de Temperatura: 10-40C0
18
I.6. Microscopio Biológico Olympus CX 21BIM-SET1.
Función: El microscopio biológico puede tener una testa monocular o
binocular. Está caracterizado por un elevado poder de aumento y se utiliza para
observar muestras preparadas, órganos o secciones de tejidos, sobre una
superficie de vidrio iluminada. Este tipo de microscopio está dotado de una
fuente de luz incidente, que proviene desde abajo, o un espejo para concentrar
la luz solar.
Característica y beneficios:
Los objetivos de plano acromático corregidos al infinito ofrecen una
uniformidad excepcional y proporcionan imágenes claras y nítidas hasta los
bordes del campo visual (4x, 10x, 40x y 100x aceite).
Oculares de número de campo (F.N.) 18.
El tratamiento antimicótico ayuda a proteger los componentes ópticos
incluso en condiciones de trabajo de alta humedad.
Portaobjetos cuádruple giratorio de movimiento ultrasuave.
Condensador N.A. 1.25 Abbe fijo, con una posición de detención de
apertura para cada objetivo marcada con claridad en el condensador, lo que
mejora el contraste de las imágenes.
Un foco halógeno de 6V/20W que produce una iluminación clara y estable.
19
Una lente colectora casi esférica que proporciona imágenes claras e
iluminadas de manera uniforme en todo el campo visual.
Un diseño compacto que permite transportarlo con facilidad y guardarlo en
un armario de aula.
Platina derecha integral sin cremallera y con controles X e Y en la parte
inferior.
Ajuste de altura ocular.
Detención de campo oscuro.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 30W
Rango de Temperatura: 10-40C0
20
I.7. Gasómetro Roche OMNI-C.
Función: El gasómetro Roche OMNI-C es un equipo médico perteneciente al
área de laboratorio. Se utiliza específicamente para realizar el análisis de los
gases en sangre. Muestra los niveles del PO2, PCO2 y SO2. Además, se usa
en la obtención de los valores de la hemoglobina, el hematocrito, los
ionogramas tales como sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), y cloro (Cl) y por
último, muestra la saturación y el PH, todos provenientes de una muestra
sanguínea (capilar, arterial o venosa) del paciente mediante la técnica
adecuada. Vale aclarar que estas pruebas que se pueden realizar se muestran
en un menú de opciones que presenta en la pantalla del equipo. Dicha pantalla
es por contacto. Generalmente se usa en pacientes que se encuentren en la
fase de terapia, pacientes graves, para valorar el estado hemogasométrico y
electrolito en el que se encuentran.
¿Cuál es el beneficio clínico de realizar un análisis de gases en sangre?
Contar con el mejor indicador del estado de los pacientes en (pH, pCO2,
pO2).
Contar con el mejor indicador del equilibrio ácido-base (BE y HCO3-).
Asiste en la identificación clínica en crisis cardiopulmonares.
Una efectiva asistencia clínica y ayuda a emitir un buen juicio en el inicio de
terapias
21
Métodos de medición:
Para determinar magnitud de medida de las variables se aplican los siguientes
métodos.
PO2 - Principio de Clark, medición de una corriente provocada por la
reducción de oxígeno.
PCO2 – Principio de Severinghouse, medición potenciométrica de la
variación del pH en interior del electrodo, causada por el ingreso de CO2 de
la muestra.
Los electrodos de pH, Na+, Ca2+, K+y Cl- la determinación de estas
magnitudes requieren el uso de un electrodo de diferencia que en el Roche
OMNI C se trata de un electrodo cloruro de contacto fijo.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 150W
Rango de Temperatura: 15-32C0
22
I.8. Centrífuga Kokusan H-103N.
Función: La centrífuga Kokusan H-103N se considera una macro centrífuga,
equipo médico perteneciente al área de laboratorios. Desarrolla una velocidad
centrifuga determinada y durante exactamente el tiempo estimado para cada
muestra. Mediante el desarrollo de la velocidad y el paso del tiempo
predeterminado produce la separación del líquido del sedimento. Es la
centrifuga usada para el análisis de las muestras de heces fecales, orina,
sangre.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110-127 V
Frecuencia: 60 Hz
Consumo: 350W
Rango de Temperatura: 25-37C0
23
I.9. Centrífuga Kokusan Hematocrito H-1200F.
Función: La centrífuga Kokusan hematocrito H-1200F es un equipo del área
de laboratorio. Se considera que el uso más adecuado que se le puede dar es
con los análisis hematológicos. El hematocrito es el porcentaje del volumen de
la sangre que ocupa la fracción de los glóbulos rojos. Las cifras normales de
hematocrito en humanos oscilan entre 37% y 54%, dependiendo de diversos
factores fisiológicos, como la edad, el sexo y la condición física del sujeto. Para
poder realizar un examen de sangre y verificar los niveles de glóbulos rojos que
cuenta una persona determinada, es necesario que se tome un poco de
sangre y se introduzca en una máquina centrífuga, proceso que impulsa las
células hacia el fondo del recipiente. La porción celular se compara con la
cantidad total de la sangre y se expresa en porcentaje. De hecho, dicha porción
celular representa casi la totalidad de los glóbulos rojos, mientras que el
porcentaje de glóbulos blancos es muy pequeño, obteniéndose posteriormente
los resultados esperados en el laboratorio. Presenta un principio de
funcionamiento similar al utilizado en las centrífugas anteriores.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110-127 V
Frecuencia: 60 Hz
Consumo: 200W
24
I.10. Centrífuga Kokusan 1500FS.
Función: La centrífuga Kokusan 1500FS es un equipo médico perteneciente al
área de laboratorios. Es considerada una microcentrífuga y su mejor utilidad se
puede obtener en el análisis químico de la sangre. Su principio de
funcionamiento se basa en la obtención de una determinada velocidad
centrífuga de las muestras y durante un término de tiempo prefijado por el
especialista que tendrá en cuenta la técnica de muestreo a realizar. Al
introducir la muestra de sangre se inicia el proceso, se le programa la
velocidad que va a desarrollar la centrífuga y el tiempo de trabajo de la misma.
Automáticamente transcurrido el tiempo el equipo se detiene y una vez
concluido el proceso se procede a la extracción de la muestra de la centrífuga y
se obtiene por separado el suero, de los glóbulos.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110-127 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Rango de Temperatura: 25-37C0
25
Consumo: 180W
Rango de Temperatura: 25-37C0
I.11. Monitor no Invasivo Nihon-Kohden OPV-1500.
Función: El monitor no invasivo Nihon-Kohden OPV-1500 es un equipo
perteneciente a la zona de Terapia Intensiva. Se denomina no invasivo, ya que
ninguno de los sensores que él presenta para darle un total monitoreo al
paciente dígase SG (complejo cardiaco), respiración, saturación de oxígeno,
presión arterial y temperatura corporal, tiene que penetrar en el cuerpo de éste.
Es muy usado para darle seguimiento a los signos vitales de los pacientes en
las salas. En las salas de terapia intensiva el monitoreo continuo es importante
para el clínico que cuenta así con información actualizada de la situación del
paciente. Disponer de información sobre parámetros y señales relevantes lo
ayuda en el tratamiento en terapia intensiva. En particular, nos referimos a
señales y parámetros relacionados con el sistema respiratorio, desde la
mecánica ventilatoria hasta la concentración de gases en sangre. La
generación de informes del paciente con señales obtenidas en distintas
instancias de su evolución es de gran utilidad para documentar la evolución del
paciente en la historia clínica. Por otro lado, en el ámbito de la investigación
clínica es de interés disponer de elementos que permitan almacenar en algún
medio físico dichas señales para un análisis posterior más detallado. En este
caso, el monitor no invasivio OPV-1500 es un monitor de simple operación con
tecnología única de sensor y cuenta con 4 parámetros de monitoreo: ECG,
26
SpO2, NIBP y Respiración (Impedancia) que son de indispensable atención en
cualquier sala de cuidados intensivos.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 85 VA
Rango de Temperatura: 10-40C0
27
I.12. Desfibrilador Nihon-Kohden TEC-7721K.
Función: El desfibrilador Nihon-Kohden TEC-7721K es un equipo
perteneciente al área de Terapia Intensiva. El objetivo fundamental del
desfibrilador es terminar con un episodio de arritmia cardiaca grave,
generalmente fibrilación o taquicardia ventricular, mediante la aplicación de
energía eléctrica al interior de una cavidad cardiaca.. La fibrilación es una
contracción incoordinada del músculo cardíaco, que late muy rápido y sin un
ritmo sincronizado. Esto provoca una irregularidad total del pulso. Después que
esto ocurre, el corazón deja de latir y la vida humana corre peligro de muerte.
Es en este caso que se utiliza el desfibrilador. Éste produce un choque eléctrico
que detiene la fibrilación ventricular y reestablece el ritmo normal, dando como
resultado un latido coordinado y eficiente del corazón. El equipo presenta
una batería interna de 12 V que le da una autonomía de tres horas para el
monitor y de una hora para el desfibrilador o descargas. Además presenta un
monitor para poder chequear los signos vitales del paciente.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 450 VA
Rango de Temperatura: 0-45C0
28
I.13. Fotómetro ERMA AE-600.
Función: El fotómetro ERMA AE-600 es un equipo del área de laboratorio.
También es conocido como espectrofotómetro. Su uso clínico va encaminado
al análisis de la hemoglobina y toda la química sanguínea, la glicemia y la
creatinina.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-220 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 90 VA
Rango de Temperatura: 25-37C0
29
I.14. Contador de células ERMA 410N.
Función: El contador de células ERMA 410N es un equipo médico
perteneciente al área de laboratorios. Su función principal consiste en el conteo
del polimorfo nuclear, de los linfocitos, heacináfilos, monolitos, de manera
general, llevando a cabo la diferenciación de las células por el método
diferencial.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 30 VA
Rango de Temperatura: 25-37C0
30
I.15. Mesa de operaciones Takeuchi TS-102.
Función: La mesa de operaciones Takeuchi TS-102 es un equipo cuyo nombre
sugiere directamente su uso. Como mesa de operación es totalmente eléctrica
y se controla mediante un mando que ella posee. Su gran deficiencia consiste
en que es totalmente eléctrica y no tiene baterías de emergencias, lo que
puede bloquear una operación si se esta efectuando en el momento en que
ocurra un fallo del fluido eléctrico.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110-127 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 450 VA
Rango de Temperatura: ------
31
I.16. Ultrasonido Terapéutico TECE (Comby).
Función: El COMBY combina una unidad de ultrasonidos estándar con un
electro estimulador y cuatro modos operativos, todo en un solo equipo de muy
fácil manejo.
El COMBY permite aplicar la terapia ultrasónica de forma continua o pulsada.
Sus tres ciclos de trabajo o “Duty Cycle” (25%, 50% y 75%) permiten limitar las
dosis energéticas del tratamiento a las características de las articulaciones o
zonas tratadas. El cabezal de tratamiento de 1MHz y 5 cm² de área efectiva de
radiación (ERA), es hermético, lo que posibilita su uso en hidro-sono terapia. El
COMBY controla constantemente el valor real de la intensidad de la potencia
que se aplica al paciente, garantizando la correcta dosificación.
Terapia Combinada: Consiste en la aplicación simultánea del ultrasonido y la
corriente eléctrica a través del cabezal ultrasónico. Esta modalidad terapéutica
es particularmente útil para el tratamiento de patologías dolorosas, donde se
identifica fácilmente el punto trigger. La aplicación de la energía ultrasónica, por
mínima que sea, aumenta sensiblemente la percepción y por tanto la reacción
de las fibras nerviosas ante el estímulo eléctrico. La terapia combinada puede
aplicarse en asociación con alguno de los programas de las corrientes TENS,
lnterferenciales y Fortalecimiento muscular. En el modo combinado, la corriente
es aplicada, automáticamente, en modo corriente constante (CC), para evitar
sensaciones desagradables al paciente cuando se cierra o abra el circuito
debido al movimiento del cabezal.
Especificaciones Técnicas
32
I.17. Bomba de infusión JMS OT- 701.
Función: Los sistemas (bombas) de infusión facilitan la administración
parenteral (intravenosa, subcutánea, intraperitoneal, intrarraquídea) de drogas
y soluciones, y son usadas donde es esencial la precisión y un aporte
constante. Son también utilizadas por su capacidad de administrar
medicamentos y soluciones a altas presiones que no podrán ser alcanzadas
con equipos clipados manualmente o dependientes de gravedad. Ejemplos de
estas situaciones son la administración de drogas intraarteriales, o flujos muy
rápidos de soluciones durante la reanimación de los pacientes (200-1000 ml/h).
La gama de situaciones clínicas donde han demostrado superioridad sobre los
métodos tradicionales es muy amplia, siendo sus principales campos: la
aplicación de inotrópicos intravenosos, soluciones de alimentación parenteral y
enteral, quimioterapia, analgésicos epidurales en forma continua,
administración de insulina subcutánea, y autotransfusión.
Rango de Tensión: 110-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 53 VA
Rango de Temperatura: ------
33
Aplicación:
Adulto pediátrico neonatal.
Administración de anestesia epidural.
Medicamentos cardiovasculares intravenosos.
Quimioterapia.
Autotransfusiones.
Soluciones de mayor viscosidad.
Micro infusión.
Infusión arterial.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 85-264 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 12 VA
Rango de Temperatura: 15-40 C0
34
I.18. Jeringas Perfusoras JMS SP-500.
Principio de Operación: Un mecanismo actuador, manejado por un
microprocesador, impulsa la solución contenida en una jeringa a través de una
tubería hacia el paciente. El microprocesador controla el flujo de la solución con
una gran exactitud. Este dispositivo puede suministrar la solución en diferentes
dosis según sean seleccionadas en su menú según la opción correspondiente,
además cuenta con baterías internas recargables, necesarias para brindar la
asistencia indispensable en caso de ausencia del fluído eléctrico.
Función: Administración constante de bajo volumen (60 ml) de soluciones
intravenosas a bajo flujo con gran precisión y en un periodo de tiempo
extendido.
Aplicación:
Neonatal pediátrico adulto alto riesgo.
Antibióticos.
Quimioterapia.
Antiarrítmicos.
Anestesia regional.
35
I.19. Balanza Shimadzu.
Función: La balanza Shimadzu es un equipo del área de laboratorio. Como su
nombre sugiere, la balanza se usa para realizar el pesaje de sustancias, en
este caso químicas. En los laboratorios se usan para realizar el pesaje de
sustancias en la elaboración de radiactivos con el que se llevarán a cabo
diferentes controles, pruebas y resultados de determinados análisis.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-250 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 33 VA
Rango de Temperatura: 10-40 C0
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 15 VA
Rango de Temperatura: 10-40 C0
36
I.20. Aspiradora Portátil Eléctrica de Salón.
Función: La aspiradora portátil eléctrica de salón es un equipo que esta
diseñado, como su nombre lo indica, para la aspiración de los fluídos
corporales existentes en los salones de operación durante la intervención
quirúrgica del paciente. Los grandes hospitales presentan un sistema de
aspiración central con una enorme bomba de vacío y conductos que transitan a
lo largo y ancho de éste, desarrollando todas las funciones pertinentes. La
aspiradora portátil eléctrica de salón tiene su uso específicamente en los
salones de operación y está equipada con una pequeña bomba de vacío y con
dos depósitos de desechos que evita que al llenarse uno se bloquee la
aspiración, por tanto este modelo garantiza una mayor seguridad y
confiabilidad en su funcionamiento.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110-220 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 330 VA
Rango de Temperatura: --------
37
I.21. Diatermia TECE.
Función: El MARCONI-11 es un generador de onda corta de uso general,
provisto de los modos continuo y pulsado. El modo continuo, permite su uso en
aplicaciones de la termoterapia endógena clásica. El modo pulsado posibilita
una terapia atérmica, para el tratamiento de las afecciones en estado agudo. La
onda corta se aplica usualmente con dos electrodos, colocados a ambos lados
de la zona afectada, sin que entren en contacto con la piel del paciente. El
conjunto formado por los electrodos, el tejido del paciente y el aire interpuesto
entre los electrodos y la piel, forman un condensador, cuya capacidad es muy
variable en dependencia de la dimensión de los electrodos, la distancia entre
ellos y las características del tejido a tratar. Es importante compensar esta
variación para poder transferir al tejido del paciente el máximo de la energía
indicada. Con ese objetivo, MARCONI-11 está dotado de un dispositivo de
sintonización automática que mantiene la resonancia del circuito, aún en caso
de que el paciente se mueva. Esta facilidad garantiza un tratamiento seguro y
eficaz sin necesidad de supervisar permanentemente al paciente. Los brazos
articulados universales del MARCONI-11 permiten una gran flexibilidad en la
colocación de los electrodos. Su panel de control incluye un temporizador
digital y una barra de diodos, que indican el tiempo remanente y la potencia de
radiación respectivamente.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110-220 V
Frecuencia: 50-60 Hz
38
Consumo: 2000 VA
Rango de Temperatura: --------
I.22. Electrocirugía Acoma Acutor SR-II.
Función: Electrocirugía: Empleo de la corriente eléctrica alterna de alta
frecuencia para escindir la zona de transformación y la lesión con una
profundidad no menor a 5mm. La Electrocirugía, es un equipo electrónico,
generador de corrientes de alta frecuencia, con las que se pueden cortar o
eliminar tejido blando. Los principios físicos en que se sustenta su función
están íntimamente ligados a las propiedades energéticas de las partículas
elementales: Las variaciones en la energía de los electrones son radiadas en
forma de energía electromagnética y viceversa. Un flujo de electrones tiene un
grado de dificultad para circular libremente y por tanto irá cediendo energía en
su avance. Este grado de dificultad se llama resistencia eléctrica y la energía
cedida se presenta en forma de calor. Por esta causa, el organismo humano
presenta una resistencia, entre 5.000 y 10.000 ohmios, al paso de las
corrientes eléctricas. Si el punto eléctrico de contacto es muy restringido, se
concentrará mucha energía en él. En un área delimitada del organismo, una
densidad de energía, superior al calor latente de vaporización, hará que las
células se desintegren en esa región. Se aprovecharán estos principios para
obtener las distintas funciones electroquirúrgicas: Electrosección pura y
combinada, según deseemos una acción de corte similar al bisturí clásico o con
actividad coagulante simultánea.
39
Electrocoagulación, si buscamos efectos coagulantes inmediatos y la
electrodesecación por fulguración, desecación parcial destructiva, por medio de
arcos eléctricos. Se ha comprobado de forma experimental que para obtener
un efecto de corte en un tejido, el voltaje máximo de la onda eléctrica necesita
alcanzar un pico de 200 voltios, mientras que para obtener un efecto de
coagulación el pico debe estar en los 500 voltios. La máquina de electrocirugía
de alta potencia Acoma Acutor SR-II es un equipo que pertenece a la zona de
cirugía como se evidencia en su nombre, su funcionamiento es eléctrico. Su
uso en los salones de operación puede ser de baja, media y alta potencia.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 1200 VA
Rango de Temperatura: 10-40 C0
40
I.23. Lámparas Auxiliares AS 0805EL.
Función: Las lámparas de salón de operaciones, en este caso las lámparas
auxiliares AS-0805EL, posibilitan la iluminación necesaria para llevar a cabo
una exitosa operación.
Lámparas de siete (7) luminarias:
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110V
Frecuencia: 60 Hz
Consumo: 400 VA
Rango de Temperatura: -------
Lámparas de cinco (5) luminarias:
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110 V
Frecuencia: 60 Hz
Consumo: 250 VA
Rango de Temperatura: -------
41
I.24. Electrocardiógrafo Digital Portátil Cardiocid-BB.
Función:
El Electrocardiógrafo Digital Portátil Cardiocid – BB es un equipo que se utiliza
para la realización y análisis del electrocardiograma (ECG). El equipo ha sido
concebido para la adquisición de las señales con un alto grado de calidad, lo
que influye de manera determinante en la efectividad del procesamiento
posterior de mediciones e interpretaciones diagnósticas.
El electrocardiógrafo digital portátil le va dando seguimiento a la actividad
cardiaca del corazón mediante varios electrodos y luego recepciona, amplifica
y grafica todo el complejo de curva QRC en una cinta de papel todo el
muestreo que ha ido realizando. Hay que tener en cuenta que el corazón es un
músculo que trabaja con determinados estímulos eléctricos, que hacen que se
contraiga o se dilaten con una determinada frecuencia. Durante este proceso
alcanza valores máximos positivos, mínimos negativos y ceros, por tanto, son
esos valores los que van a formar el complejo de curva QRC. El
electrocardiógrafo realiza la medición de los impulsos eléctricos en las cuatro
extremidades, en la cavidad toráxica y en la zona dorsal, en dependencia de la
profundidad del estudio que se esté llevando a cabo.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 47-63 Hz
Consumo: 50 VA
42
Rango de Temperatura: 10-40 C0
I.2.25. Ventilador Drager Savina.
Función: El Ventilador Drager Savina es un respirador para uso en cuidados
intensivos, áreas de reanimación, urgencias y transporte intra-extra hospitalario
y es usado para darle una ventilación asistida al paciente. Está equipado con
una turbina interna que lo hace independiente del suministro externo de aire
comprimido. La batería interna permite su funcionamiento con independencia
de la red eléctrica durante casi una hora. Incorpora los principales modos de
ventilación controlados por volumen y por presión, incluyendo el modo BIPAP y
el AutoFlow.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 100 W
Rango de Temperatura: 10-40 C0
43
I.26. Monitor invasivo Nihon-Kohden BSM-2301A.
Función: El monitor invasivo Nihon-Kohden es un equipo perteneciente a la
zona de Cirugía. Se denomina invasivo ya que los sensores que él presenta
para darle un total monitoreo al paciente, dígase SG (complejo cardiaco),
respiración, saturación de oxígeno, presión arterial y temperatura corporal,
tienen que penetrar en el cuerpo de éste. Equipo invasivo que registra en
pantalla las constantes vitales del paciente, con fines diagnósticos y
terapéuticos. Con capacidad para conectarse a red de monitoreo. Pantalla para
presentación de curvas fisiológicas simultáneas e información numérica para
los siguientes parámetros: Electrocardiograma en derivaciones seleccionables
por el usuario. Presentación de un canal de ECG en pantalla. Oximetría de
pulso. Frecuencia respiratoria con despliegue de su curva. Despliegue
numérico de: frecuencia cardiaca, presión arterial no invasiva, sistólica y
diastólica. Modos para la toma de presión: manual y automática a diferentes
intervalos de tiempo. Temperatura en al menos un canal. Frecuencia de pulso.
Canales de presión invasiva, cada uno debe medir y mostrar simultáneamente
en pantalla: presión sistólica, diastólica y media. Debe contar con función de
etiquetado para cada canal de presión invasiva: presión arterial, presión venosa
central, arteria pulmonar, como mínimo. Con ajuste automático de escala y
alarmas. Tendencias gráficas y numéricas de todos los parámetros,
seleccionables por el usuario. Uso para adulto y pediátrico.
44
Presenta batería interna recargable, con cargador integrado e indicador de bajo
nivel en pantalla. Alarmas audibles y visibles con función que permita revisar y
modificar los límites superior e inferior de los siguientes parámetros: saturación
de oxígeno, frecuencia cardiaca, presión arterial no invasiva, sistólica y
diastólica, temperatura, frecuencia respiratoria y alarma de apnea, presión
invasiva sistólica, diastólica y media.
Identifica niveles de prioridad en las alteraciones fisiológicas. Con silenciador
de alarmas incluido. Todas las funciones deben ser accedidas mediante teclas
de membrana, sensibles al tacto. Teclado, menús y mensajes en pantalla. .
Diseño que permita ser usado como monitor de transporte y monitor de
cabecera.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 130 VA
Rango de Temperatura: 10-40 C0
45
I.27. Baño de Maria KH – 806.
Función: El Baño de Maria KH-806 es un equipo proveniente del área de
laboratorios y su función es la de mantener una determinada temperatura en
estado constante. Por ejemplo, su mayor uso es mantener la sangre a una
temperatura estable de 37 0C para que mantenga las mismas características
que en el cuerpo humano hasta que se vaya a realizar un análisis de ella; vale
recalcar que si la sangre no se mantiene a esa temperatura, cae en estado de
coagulación. No sólo se mantiene la sangre a una determinada temperatura,
sino que es capaz de mantener la temperatura estable en otros fluidos.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-127 V
Frecuencia: 60 Hz
Consumo: 1000 W
Rango de Temperatura: 5-99 C0
46
I.28. Hemoglobinómetro ERMA HB-20J.
Función: El Hemoglobinómetro ERMA HB-20J es un equipo de laboratorio y,
como su nombre sugiere, su uso específico consiste en el cálculo de la
hemoglobina por el método de flujo continuo.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110-220 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 20 W
Rango de Temperatura: 25-37 C0
47
I.29. Destilador de agua SHIMIZU LED-3004.
Función: El destilador de agua Shimizu LED_3004 es un equipo que, como su
nombre sugiere, se utiliza en la destilación del agua, es decir, está diseñado
para la producción de agua destilada de gran pureza, libre de pirógenos y con
una muy baja conductividad. Su principio de funcionamiento se basa en la
evaporación del agua mediante el uso de resistencias eléctricas. Al evaporar el
agua, ésta asciende hasta el serpentín, donde es obligada a desplazarse por
una espiral, fuera del cual, circula agua corriente que produce el enfriamiento
del vapor de agua y la condensación, obteniendo así el agua destilada.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 110-220 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 3000 W
Rango de Temperatura: 25-37 C0
48
I.30. Ventilador TAKAOKA.
Función: El Ventilador Takaoka es un respirador para uso en cuidados
intensivos, áreas de reanimación, urgencias y transporte intra-extra hospitalario
y es usado para darle una ventilación asistida al paciente.
Especificaciones Técnicas
Rango de Tensión: 100-240 V
Frecuencia: 50-60 Hz
Consumo: 100 W
Rango de Temperatura: 10-40 C0
49
I.31. Conclusiones parciales.
Haciendo un análisis de toda la información brindada anteriormente, se
corrobora que el servicio eléctrico para todo este equipamiento médico es a
una tensión de 110 V y 60 Hz de frecuencia.
Además de esto, teniendo en cuenta que estos equipos son de última
generación, dotados en su mayoría, de sistemas de procesamiento de datos,
se hace imprescindible que el servicio eléctrico sea de la mayor calidad y
confiabilidad posible.
50
CAPITULO II
“Selección y Emplazamiento de los Grupos Electrógenos en los
Hospitales de Campaña.”
51
II.1. Introducción.
En hospitales de campaña, como en otros hospitales, es necesario que la
energía eléctrica esté disponible las 24 horas del día y los siete días de la
semana sin interrupciones.
Es muy probable que estos hospitales se encuentren emplazados en lugares
de difícil acceso, donde no lleguen líneas de fluido eléctrico o que, por
determinadas situaciones, tenga que moverse eventual o regularmente.
En estos tipos de hospitales una opción casi obligada y más confiable para
obtener su suministro eléctrico es la instalación “in situ” de generadores
impulsados por motor, también llamados, grupos electrógenos.
Estos pueden proveer la energía en régimen continuo o de emergencia para el
caso de que el hospital se alimente de la red pública y ocurra alguna
interrupción del servicio eléctrico.
En Pakistán, la utilización de estos generadores movidos por motores tuvo una
aplicación especial, ya que la misión médica cubana en esa nación, utilizó los
grupos electrógenos para brindarle servicio continuo a todas las instalaciones y
equipos de los hospitales de campaña cubanos, es decir, que se puede
considerar a los hospitales de campaña cubanos en Pakistán, sistemas
eléctricos aislados.
Cualquiera que sea la intención de uso de energía “in situ”, la confiabilidad en
el servicio del equipamiento, desempeño y factibilidad de costos son
preocupaciones principales para los usuarios.
52
II.2. Requerimientos de energía.
El uso de la energía por medio de los grupos electrógenos en el mundo actual
está reconocido, tanto por la ley, como por la necesidad de su uso en
aplicaciones donde es vital un servicio ininterrumpido del fluido eléctrico.
Algunas de estas aplicaciones se mencionan a continuación:
Iluminación: Iluminación de salida para evacuaciones, letreros de salida
iluminados, iluminación de seguridad, luces de advertencia, iluminación de
salas de operaciones, iluminación en elevadores, iluminación en cuartos de
generadores, etc.
Potencia de Control: Energía para el control de calderas, compresores de aire y
otro equipamiento de función crítica.
Transporte: Elevadores para el uso del departamento de bomberos.
Sistemas Mecánicos: Control de humo y ventiladores de presurización,
tratamiento de aguas de desecho, etc.
Soporte de Vida: Hospitales, asilos y otras instalaciones de cuidado de la salud.
Calentamiento: Calor crítico para procesos.
Refrigeración: Bancos de sangre, almacenamiento de alimentos, etc.
Producción: Energía crítica de procesos para laboratorios, procesos de
producción farmacéutica, etc.
Acondicionamiento de espacios: Enfriamiento para cuartos de cómputo,
enfriamiento y calentamiento para personas vulnerables, ventilación en
ambientes peligrosos, ventilación de contaminantes biológicos, etc.
Protección contra incendio: Bombas contra incendio, alarmas y anuncios.
Procesamiento de Datos: Sistemas UPS y de enfriamiento para prevenir la
pérdida de datos, pérdida de memoria y corrupción de programas.
Sistemas de Comunicación: Estaciones de policía y de bomberos, sistemas de
información pública, etc.
Sistemas de Señales: Control de tráfico aéreo, ferroviario y marítimo.
53
II.3. Tipos de sistemas y regímenes.
Los sistemas de generación “in situ” se pueden clasificar de acuerdo al tipo y al
régimen de trabajo del mismo.
Los regímenes de trabajo de los generadores los publican los fabricantes.
Estos regímenes, describen las condiciones de carga máxima permisible de un
generador. El generador tendrá un desempeño y tiempo de vida aceptable
(tiempo entre reparaciones) cuando se cumple con los regímenes establecidos
por los fabricantes.
Es también importante no operar el generador por debajo de una carga límite,
para lograr temperaturas normales y quemar el combustible apropiadamente.
Se recomienda por muchas firmas constructoras, no operar el generador por
debajo del 30 % de su potencia nominal.
Los equipos de generación son clasificados por sus regímenes, en:
a) De emergencia.
b) Continuo.
c) Primario.
El tipo de sistema de generación “in situ” y el régimen apropiado a usar están
determinados por la aplicación del grupo. Vea la tabla 2-1[1] y las descripciones
que siguen:
Regímenes del Grupo Electrógeno
Emergencia Continuo Primario
Emergencia Carga base Recorte de picos
Emergencia obligatoria por ley
Co-generación Reducción de tarifas
Emergencia opcional
- Energía primaria
54
Tabla 2-1. Regímenes y tipos de sistemas.
II.3.1. Sistemas de Emergencia.
Los sistemas de emergencia se instalan generalmente cuando se requiere para
la seguridad del público o cuando lo establece la ley. La intención típica de
estos sistemas es suministrar energía e iluminación durante cortos periodos de
tiempo, donde sea necesario prevenir peligro o facilitar las operaciones del
control de incendios. Tienen esencialmente tres propósitos:
1- Para permitir la evacuación segura de edificios.
2- Para soporte de vida y equipamiento crítico de personas vulnerables.
3- Para sistemas de comunicación crítica e instalaciones usadas para
seguridad pública.
II.3.2. Emergencia opcional.
Los sistemas de emergencia opcional, se instalan generalmente donde la
seguridad no está en juego, pero la pérdida de energía podría causar pérdidas
económicas, interrumpir un proceso crítico o causar una inconveniencia o
incomodidad. Estos sistemas se instalan por lo general en centros de datos,
granjas, edificios comerciales e industriales y residencias. El propietario del
sistema indica qué cargas se deben conectar a éste.
Además de suministrar una fuente de energía de emergencia en caso de
pérdida de una fuente normal, los sistemas de generación “in situ” se
usan para los propósitos siguientes:
II.3.3. Carga Base Continua.
Las instalaciones de carga base continua usan generación “in situ” para
suministrar energía constante (kW) típicamente a través de una interconexión
con la red pública. Estas instalaciones son generalmente de redes públicas o
están bajo su control.
II.3.4. Co-generación.
A menudo, la generación de carga base continua se usa en aplicación de Co-
Generación. de forma simple, la co-generación utiliza la electricidad generada
55
directamente y el calor del escape para sustituir la energía suministrada por la
red. El calor de desecho se captura y cualquiera de los dos es usado.
II.3.5. Recorte de Picos.
Las instalaciones de recorte de picos, usan generación “in situ” para reducir o
aplanar los picos de carga, con el propósito de ahorrar dinero por demanda de
energía. Los sistemas de recorte de picos requieren un controlador que arranca
y hace funcionar el generador “in situ” en los momentos apropiados para
aplanar las demandas pico del usuario. La generación instalada para
propósitos de emergencia también se puede usar para recorte de picos.
II.3.6. Reducción de Tarifas.
Las instalaciones de reducción de tarifas usan generación “in situ” a partir de
acuerdos de tarifa eléctrica con la red pública. A cambio de tarifas favorables,
el usuario acepta usar los generadores y asumir una carga específica (kW) en
tiempos determinados por la red, típicamente sin exceder un especificado
número de horas por año. La generación instalada para propósitos de
emergencia también se puede utilizar en la reducción de tarifas.
II.3.7. Energía Primaria.
Las instalaciones de energía primaria usan la generación “in situ” en lugar de
un suministro de red pública, típicamente donde la energía de red no está
disponible. Un sistema simple de energía primaria usa, cuando menos, dos
generadores y un interruptor de transferencia para transferir el suministro a las
cargas entre ellos. Uno u otro generador funciona continuamente con una
carga variable y el segundo generador funciona como respaldo en caso de una
falla, y para permitir el tiempo muerto de mantenimiento requerido. Dentro del
interruptor de transferencia, un reloj de cambio, alterna el generador líder en un
intervalo predeterminado.
Este régimen tiene dos acepciones para poderlo distinguir en el uso. Los otros
regímenes no se abordarán en el trabajo, ya que tienen en cuenta situaciones
que no están relacionadas con sistemas aislados como se había especificado
anteriormente.
56
Régimen de Energía Primaria Tiempo Ilimitado de Funcionamiento: en este
caso, la potencia primaria está disponible durante un número ilimitado de horas
de operación anuales en aplicaciones de carga variable. Las aplicaciones que
requieren cualquier operación a carga constante paralela a la red, están sujetas
a las limitaciones de tiempo de funcionamiento. En aplicaciones de carga
variable, el factor de carga promedio no debe exceder el 70% del rango de
potencia primaria. Hay una capacidad de sobrecarga de 10% para un período
de una hora dentro de un período de operación de 12 horas, pero no debe
exceder 25 horas por año. El tiempo total de operación en régimen de potencia
primaria no debe exceder 500 horas por año (con sobrecarga).
O sea, el motor puede entregar una determinada potencia «base» durante un
tiempo no limitado y el 100% de la potencia nominal durante un tiempo limitado.
No todos los fabricantes entienden lo mismo por «potencia base». Un ejemplo
típico de este régimen es la operación con una potencia base de un 70% de la
nominal y un 100% de la carga nominal durante 500 horas al año.
Régimen de Energía Primaria Tiempo Limitado de Funcionamiento: la potencia
primaria está disponible durante un número limitado de horas anuales de
operación en aplicaciones tales como, carga constante, reducción de carga o
recorte de picos interrumpibles y otras aplicaciones que normalmente
involucran operación paralela con la red. Los generadores podrán operar en
paralelo con la red hasta 750 horas por año a niveles de potencia que no
excedan el rango de potencia primaria. Debe hacerse notar que la vida del
motor se reducirá por la operación constante a cargas altas. Cualquier
aplicación que requiera más de 750 horas anuales, deberá usar el Régimen de
Potencia de Carga Base.
Como es de entender, los hospitales de campaña a instalar deben contar con
grupos electrógenos que trabajen en el Régimen de Energía Primaria Tiempo
Ilimitado de funcionamiento de sus generadores.
Las figuras 2-1 y 2-2 ilustran los niveles de carga permitidos durante los
diferentes tipos de regímenes de trabajo.
Como se puede ver en la figura 2-1 el grupo electrógeno cuando está en
Régimen Energía Primaria Tiempo Ilimitado de Funcionamiento puede trabajar
57
en un tiempo ilimitado de horas siempre y cuando su carga sea variable en el
tiempo. Este régimen cuenta con una sobrecarga disponible del 10%; pero con
tiempo limitado de 1 hora cada 12horas.
Figura 2-1. Régimen de Energía Primaria Tiempo Ilimitado de
Funcionamiento.
Observando la figura 2-2 se puede demostrar que el grupo electrógeno
trabajando en Régimen de Energía Primaria Tiempo Limitado de
Funcionamiento cuenta con un tiempo que está limitado (750 horas), ya que la
carga es constante.
58
Figura 2-2. Régimen de Energía Primaria Tiempo Limitado de
Funcionamiento.
II.4. Consideraciones de ubicación.
Una de las primeras decisiones del planeamiento de la estación de generación,
será determinar la ubicación de los generadores, ya sea dentro de un edificio,
fuera de éste en un cuarto propio o a la intemperie. El costo total y la facilidad
de la instalación del sistema de energía dependen de la disposición y ubicación
física de todos los elementos del sistema generador, tanques de combustible,
conductos de ventilación y salidas, accesorios, etc. Para ubicaciones internas y
externas, deben considerarse estos puntos:
Montaje del generador.
Ubicación del tablero de distribución e interruptores de transferencia.
Circuitos ramales para calentadores de refrigerante, cargador de batería,
etc.
Seguridad en inundaciones, incendio, heladas y vandalismo.
Contención y drenajes de derrames accidentales de combustible o
refrigerante.
Acceso de servicio para mantenimiento general e inspecciones.
59
Acceso y espacio de trabajo para trabajos mayores como reconstrucciones
o cambio de componentes.
Es necesario aclarar que como, en este caso, se trata de hospitales de
campaña, lo más común es que el grupo electrógeno, se encuentre ubicado en
exteriores, aunque no se limita la posibilidad de que se pueda hacer en
interiores.
II.4.1. Consideraciones de Ubicación en Exteriores.
Ruido y su tratamiento. Se podrían requerir barreras de sonido. Además, la
distancia entre el generador y el área sensitiva al ruido reducirá el ruido
percibido. Hay disponibilidad de casetas acústicas, o sea, que están
insonorizadas y no permiten que el ruido sobrepase los niveles requeridos.
Se podría requerir una caseta a prueba de intemperie. Como su nombre lo
indica, para proteger al grupo del medio ambiente, pero también para
proveer cierto nivel de seguridad, así como presencia estética para el
generador.
Calentamiento y acondicionamiento del combustible. En temperaturas frías
el combustible diesel se hará más denso, tupirá filtros y bombas o no fluirá
lo suficiente. Se usan combustibles combinados para resolver estos
problemas, sin embargo se podría requerir calentamiento de combustible
para una operación confiable.
La sal en las regiones costeras puede causar problemas de corrosión en
casetas para el generador, rieles de base y tanques de combustible
instalados a la intemperie. El uso de una caseta opcional de aluminio y un
faldón, se consideran una práctica sana de instalación debido a la adicional
resistencia a la corrosión, y por lo tanto se requieren para aplicaciones en
regiones costeras, definidas como ubicaciones a 60 millas (100 km) o
menos del agua salada.
Cercas de seguridad y barreras de visibilidad.
El escape del motor debe estar dirigido lejos de ventanas y aberturas en
edificaciones.
Protección contra descargas atmosféricas.
60
El grupo electrógeno debe colocarse de forma tal que el flujo del viento se
dirija desde el generador hasta el motor obteniéndose así el enfriamiento
del grupo por el paso forzado del viento por sus componentes.
Las consideraciones que se deben tomar para exteriores están determinadas
en general por la acción del grupo electrógeno en el lugar donde se vaya a
instalar, ya sea ruido, expulsión de gases, etc. Pero es de vital importancia
proteger al grupo de los efectos del ambiente sobre él por lo que, a
continuación, se explican los siguientes parámetros responsables de la gran
mayoría de daños en los grupos electrógenos.
II.4.2. Efectos del ambiente sobre los grupos electrógenos.
Condensación. La humedad y el calor son los dos enemigos principales de las
máquinas eléctricas giratorias. La condensación normalmente se presenta en
áreas de alta humedad, ya sea en almacenaje, o de uso infrecuente, o cuando
la máquina funciona de reserva de emergencia. Durante la operación, aún con
unidades que operan con las cargas mínimas, la temperatura de la máquina
junto con la circulación del aire de enfriamiento es suficiente para evitar la
condensación y la humedad.
Crecimiento de Bacterias. El crecimiento de organismos en los grupos
aislados en áreas tropicales ha sido el origen de muchos problemas en el
pasado. Los materiales que se usan hoy en día dentro de las clases F y H no
son nutrientes para la mayoría de los organismos conocidos, y por lo tanto
tienden a ser auto-defensivos en contra del crecimiento de bacterias. Sin
embargo, si una especificación amerita la aplicación de inhibidores de
bacterias, debe ser especificado al productor del grupo para que los aplique
como una fase final del proceso de aislamiento durante la fabricación del
mismo.
Atmósferas Corrosivas. La sal y otros materiales corrosivos atacan la capa
exterior del aislamiento de las bobinas y pueden causar una falla prematura.
Capas adicionales de materiales de aislamiento que se aplican durante la
fabricación de la bobina lo protegen contra esta corrosión. Existen algunos
compuestos epóxicos que, usados como capa final sobre las bobinas,
61
permitirían que haya un grado adicional de protección contra los materiales
corrosivos.
Polvo y partículas abrasivas. En áreas de altas concentraciones de polvo y
arena, el polvo abrasivo y las partículas de arena pueden introducirse al interior
de la unidad mediante la acción de su ventilador de enfriamiento. Estas
partículas a alta velocidad tienden a golpear las bobinas, provocando un
desgaste de las capas exteriores del material aislante. Los filtros que son
instalados sobre las rendijas de entrada de aire de la unidad son útiles para
evitar estos daños. Las unidades con materiales de aislamiento de tipo epóxico
en las bobinas son un poco más susceptibles a este tipo de daños, ya que
estos materiales tienden a ser muy duros, partirse y agrietarse por el impacto
de estas partículas. La aplicación de un recubrimiento suave pero más
resistente ayuda a evitar la erosión del material aislante epóxico.
II.4.3. Consideraciones de Ubicación en Interiores.
Cuarto especial para el generador. Para sistemas de emergencia, se
puede requerir que el cuarto del generador sea solo para ese propósito.
También es necesario considerar el efecto que el flujo de ventilación tendrá
en el equipo.
Espacio de trabajo. En la práctica, debe haber cuando menos 3 pies (1 m)
de espacio alrededor de cada generador.
Tipo de sistema de enfriamiento. Se recomienda un radiador montado de
fábrica, sin embargo, el ventilador del radiador puede crear presión negativa
significativa en el cuarto. Las puertas de acceso deben, por lo tanto, abrir
hacia adentro del cuarto, o tener persianas, para que se puedan abrir
cuando el generador está funcionando.
La ventilación involucra grandes volúmenes de aire. Es necesario un
diseño óptimo del cuarto, toma de aire del exterior de este y descarga del
aire directamente fuera del cuarto por la pared opuesta. Se requerirán
ventiladores en el cuarto para configuraciones opcionales de enfriamiento
que involucren un intercambiador de calor o radiadores remotos.
62
Escape del motor. La salida del escape del motor debe ser tan alta como
sea posible en el lado del cuarto donde los vientos dominantes alejen los
gases de las entradas de aire o ventanas.
Las ubicaciones en interiores generalmente requieren un cuarto
construido a prueba de fuego. Proveer un cuarto interior con el flujo de
aire requerido podría ser complicado. Idealmente, el cuarto deberá tener
dos paredes exteriores opuestas una a la otra para que el aire de admisión
fluya sobre el generador y se descargue por la pared opuesta en el lado
donde la unidad tiene el radiador.
Las instalaciones en el techo, aunque comunes, requieren más planeación y
consideraciones del diseño estructural. La vibración y el almacenamiento y
entregas de combustible podrían ser problemáticos.
II.4.4. Cimientos y Aislamiento de la vibración.
El grupo electrógeno está montado sobre un bastidor rígido que alinea con
precisión el alternador y el motor y sólo es necesario situarlo sobre una
superficie preparada adecuadamente.
Cimientos: El mejor cimiento para el grupo es un bloque de hormigón armado,
esto proporciona un soporte rígido que evitará la reflexión y vibración. El
cimiento debe tener un grosor de 150 a 200 mm y, al menos, ser tan ancho y
largo como el grupo electrógeno. Si existiera la posibilidad de humedad en el
suelo, la base de hormigón debe quedar por encima del nivel del suelo para
evitar la corrosión sobre el bastidor del grupo y ofrecer una superficie seca a
quienes lo operan.
II.5. Consideraciones ambientales.
II.5.1. Ruido y su tratamiento.
El tratamiento del ruido, si se requiere, necesita considerarse desde las
primeras etapas de diseño preliminar. Generalmente, los métodos de
tratamiento del ruido añadirán un costo considerable e incrementarán el área
física requerida para la instalación. Un generador es una fuente compleja de
ruido que incluye, además de los ruidos normales de fricción y batimientos, el
ruido del ventilador de enfriamiento, y el ruido de escape.
63
Un tratamiento eficaz de ruido debe considerar estas fuentes de ruido. En su
mayor parte, los métodos de tratamiento de ruido modifican o corrigen el
camino del ruido entre el generador y la gente que lo escucha. El simple hecho
de usar un silenciador de grado crítico puede o no lograr la reducción de ruido
en una ubicación especifica. Puesto que el ruido es direccional, se debe
considerar cuidadosamente la ubicación, orientación y distancia del generador
con respecto a los límites de propiedad o lugares donde se objete contra el
ruido.
El cumplimiento con las regulaciones de ruido requiere un entendimiento del
nivel de ruido ambiente y el nivel de ruido resultante con el generador
funcionando a carga máxima en ese ambiente. La tabla muestra algunas
regulaciones de ruido exterior.
Zonas de Ruido Pico de Día
dB(A)
Pico de Noche dB(A)
Continuo de Día dB(A)
Continuo de Noche dB(A)
Urbana - Residencial
62 52 57 47
Suburbana - Residencial
57 47 52 42
Suburbana muy Silenciosa o Rural
Residencial
52 42 47 37
Urbana – Industrial Cercana
67 57 62 52
Industria Pesada 72 62 67 57
Tabla 2-2. Niveles Representativos de Ruido Exterior.
II.5.2. Reglamentos de Emisiones de Escape.
Los generadores, sin importar la aplicación, podrían estar sujetos a
regulaciones de emisiones de escape a nivel local, nacional o ambos. El
cumplimiento de las regulaciones de emisiones generalmente requiere de
permisos especiales. Algunas localidades podrían tener designaciones
específicas requiriendo estrategias de post- tratamiento para los combustibles
de los motores de gas o diesel.
64
La tabla 2-3 incluye emisiones típicas diesel para generadores de 40 a 2000
kW con escapes sin tratamiento los cuales se pueden usar para propósitos de
estimación.
Criterio de Contaminantes
Gramos / BHP #R
HC(Total de Hidrocarbonos no Quemados)
0.1 – 0.7
NOx(Óxidos de Nitrógenos como NO2)
6.0 – 13.0
CO(Monóxido de Carbono) 0.5 – 2.0
PM(Partículas) 0.25 – 0.5
SO2(Dióxido de Azufre) 0.5 – 0.7
Tabla 2-3.Emisiones de Diesel Típicas.
II.6. Impacto de las cargas eléctricas en el tamaño del generador.
II.6.1. Aplicaciones y Rangos de Trabajo.
Determinar las cargas que se requiere que el generador soporte es una función
del tipo de aplicación y trabajo requerido. Los regímenes disponibles para
generadores varían de acuerdo a las tres clasificaciones que se vieron
anteriormente, Emergencia, Primaria y Continua. Un generador usado en
aplicaciones de Emergencia es usado como respaldo de la fuente de potencia
primaria (red) y se espera que sea usado poco frecuentemente, así que el
régimen de Emergencia es el que más se encuentra en generadores. Los
generadores clasificados como Primarios deben trabajar horas ilimitadas y son
considerados la fuente primaria de energía para varias cargas, así que el
régimen Primario se encuentra con una frecuencia del 90% del de Emergencia.
En aplicaciones de trabajo Continuo, se espera que el generador produzca la
salida establecida durante horas ilimitadas a carga constante (aplicaciones
donde el generador es operado en paralelo con una fuente de red y cargado de
base), así que el régimen Continuo es un 70% del régimen de Emergencia. La
65
capacidad de llevar carga del generador es una función de la vida esperada o
del intervalo entre reparaciones.
Las aplicaciones para generadores que suministran energía de trabajo primario
o continuo se hacen cada vez más presentes en países en desarrollo y en
muchas aplicaciones de generación de energía distribuida.
Se debe estar consiente de que los generadores son una pequeña fuente de
energía comparados con la red pública normal, y las características de
operación con carga pueden tener un profundo efecto en la calidad de la
energía si el generador no es del tamaño apropiado. Dado el hecho de que un
generador es una fuente limitada de energía, se deben esperar alteraciones en
la tensión y la frecuencia cada vez que se le conecten o desconecten cargas.
Estas alteraciones se deben mantener dentro de los límites aceptables para
todas las cargas conectadas. Además, habrá distorsión de tensión en la salida
del generador cuando se conecten cargas no-lineales que produzcan corrientes
armónicas. La distorsión puede ser considerablemente más grande cuando se
opera con un generador que con la red pública, y causara calentamiento
adicional en el generador y el equipo de carga si no se toman medidas.
Consecuentemente, para suministrar la energía adecuada de una carga, se
necesitan generadores sobredimensionados, para limitar las alteraciones de
tensión y frecuencia durante las transiciones por carga y para limitar la
distorsión armónica cuando se da servicio a cargas no-lineales como
computadoras, UPSs y VFDs.
Es muy importante saber qué es lo que se necesita para seleccionar el
generador correcto para esta aplicación. Además de la carga conectada, otros
factores afectan el tamaño del generador: requerimientos de arranque de
cargas tales como motores y sus cargas mecánicas, desbalances de carga
monofásica, cargas no lineales, restricciones de caída de tensión, cargas
cíclicas, etc.
II.6.2. Requerimientos de Arranque y Funcionamiento de Carga.
La potencia requerida por muchos tipos de carga puede ser mucho más alta en
el arranque que lo que se requiere para el funcionamiento continuo estable a
no ser en las cargas movidas por motores que emplean algún tipo de equipo de
66
arranque suave. Algunas cargas también requieren de un volumen de energía
pico en algún momento de su funcionamiento (por ejemplo soldaduras o algún
equipo médico). Otras cargas no-lineales causan excesiva distorsión del
generador a menos que el generador sea sobredimensionado. La fuente de
energía debe ser capaz de suministrar todos los requerimientos operativos de
la carga. Mientras que algunas cargas son bastante tolerantes a las
transiciones de corto tiempo, otras cargas son muy sensibles. Un generador es
una fuente limitada de energía en términos de potencia del motor (kW) y del
generador (kVA), independientemente de su sistema de excitación.
II.6.3. Problemas asociados con el desbalance de las cargas.
Las cargas monofásicas deben estar distribuidas lo más parejo posible entre
las tres fases de un generador trifásico para utilizar completamente su
capacidad y limitar el desbalance de las tensiones. Por ejemplo, un desbalance
monofásico tan pequeño como del 10%, podría requerir limitar la carga
balanceada a no más del 75% de la capacidad del equipo. Para ayudar a
prevenir las fallas por sobrecalentamiento o por aislamiento en motores
trifásicos, el desbalance de tensión se debe mantener por debajo del 5%. Si el
desbalance supera esta cifra la regulación de tensión empeorará; por lo que se
deben hacer todos los esfuerzos para distribuir las cargas en forma pareja para
que todas las fases trabajen con el mejor rendimiento posible.
II.7.Tipos de carga y cálculo detallado de éstas.
II.7.1. Definición de Términos.
Requerimientos de Carga en Funcionamiento (Carga Individual en
Funcionamiento Estable):
kVA de funcionamiento (RkVA) – carga en kilovoltamperes en funcionamiento.
kW en funcionamiento (RkW) – carga de kilowatts en funcionamiento.
kW de alternador (AkW) – capacidad del alternador prevista para compensar en
caso de una distorsión no lineal (sobredimensionada).
PF de funcionamiento (RPF) – factor de potencia de la carga en funcionamiento
estable.
Eficiencia – relación de potencia de salida a potencia de entrada.
67
Amperes de funcionamiento (RA) – corriente de funcionamiento para una
carga.
Tensión de funcionamiento (RV)- tensión de funcionamiento para una carga.
Requerimientos de Carga de Arranque (Arranque de Carga Individual):
kW de arranque (SkW) – kilowatts de arranque de una carga.
kVA de arranque (SkVA) – kilovoltamperes de arranque de una carga.
PF de arranque (SPF) – factor de potencia de arranque, es el factor de
potencia de la carga en el momento en que es inicialmente energizada.
Requerimientos de Carga de Impacto de Transición (Las cargas que
requieren potencia de operación con picos aleatorios):
kW Pico (PkW) – incremento repentino de potencia en kW demandado por una
carga cíclica al arrancar, o por otras cargas de impacto como soldadoras y
equipo de imagen médica cuando operan.
kVA Pico (PkVA) – incremento repentino de potencia en kVA demandado por
una carga cíclica al arrancar, o por otras cargas de impacto como soldadoras y
equipo de imagen médica cuando operan.
II.7.2. Cargas de Iluminación.
Los tipos comunes de iluminación son incandescentes, focos estándares que
típicamente usan un filamento de tungsteno, fluorescentes, lámparas de gas
ionizado impulsadas por balastro, también iluminación de descarga de gas y
descarga de sodio a baja presión, sodio de alta presión, etc. Los cálculos de
iluminación son muy directos, una suma de la potencia de las lámparas o de la
tensión requerida para circuitos de iluminación, más la potencia requerida por
los balastros.
Las tablas 2-4 y 2-5 contienen algunos datos de utilidad.
Tipo de Iluminación SPF RPF
Fluorescente 0.95 0.95
Incandescente 1.00 1.00
Descarga de Alta Intensidad 0.85 0.90
68
Tabla 2-4. Factores de Potencia de Iluminación para Arranque y
Funcionamiento.
Lámpara Balastro
48 pulgT-12, 40 W, Pre-calent 10 W
48 pulgT-12, 40 W , Arranque Rápido
14 W
Alta Salida 40 W Fluorescente 25 W
Mercurio. 100 W 18-35 W
Mercurio. 400 W 25-65 W
Tabla 2-5. Potencia del Balastro.
Cálculos de Carga de Iluminación:
Se pueden introducir tres tipos diferentes de carga de iluminación:
Fluorescente – Una lámpara de tipo de descarga de baja presión de
mercurio donde la mayoría de la luz se emite por una capa de material
fluorescente. Las mismas características se usan para los tipos de balastro
o electrónicas. Ambas son cargas no lineales, pero se ignora la falta de
linealidad para este tipo de carga puesto que es generalmente una pequeña
parte de la carga total conectada.
Incandescente – Conjuntos de lámparas de foco estándar, que usan un
filamento para crear luz.
Descarga (HID) – Lámparas de Descarga de Alta intensidad. La gama HID
puede clasificarse en cuatro categorías principales: halogenuros metálicos,
sodio de alta presión, mercurio y sodio a baja presión. O sea son lámparas
que producen luz pasando una corriente a través de un vapor de metal;
incluye sodio de alta presión, hálido de metal e iluminación de descarga de
vapor de mercurio.
69
Cálculos en funcionamiento.
Para obtener los resultados en kVA a partir de los kW:
RkVA = RkW / RPF
Para obtener los resultados en kVA a partir de la corriente:
Monofásicos:
1Ø RkVA = (RA* RV) / 1000
Trifásicos:
3Ø RkVA = (RA* RV*1.73) / 1000
Para obtener los resultados en kW a partir de los kVA:
RkW = RkVA * RPF
Para obtener los resultados en kW a partir de la corriente:
Monofásicos:
1Ø RkW = (RA* RV*RPF) / 1000
Trifásicos:
3Ø RkW = (RA* RV*RPF*1.73) / 1000
Cálculos para condiciones de arranque:
SkW = RkW para incandescentes y fluorescentes.
SkW = 0.75*RkW para HID
SkVA = SkW/SPF
En caso de que necesite realizar el cálculo en amperes por la necesidad de
efectuar posteriormente el balance de las cargas, se utilizarán las siguientes
variantes:
1Ø RA = (RkW*1000)/ (RV*RPF)
3Ø RA= (RkW*1000)/ (RV*RPF*1.73)
II.7.3. Cargas de Aire Acondicionado.
Las cargas de aire acondicionado son especificadas generalmente en
toneladas. Para estimar los requerimientos de potencia en kilowatts, se usa una
70
conversión de 2 HP/ton como un estimado muy conservador de la carga total
de una unidad de baja eficiencia. Si se quiere un tamaño más exacto y se
conocen las cargas de motor de los componentes individuales del equipo de
aire acondicionado, se suman individualmente y se llega a un factor de
demanda para las cargas que podrían arrancar simultáneamente.
La demanda del equipo está especificada en toneladas, las que para el cálculo
se expresarán como A/A Tons.
RkW = A/A Tons*2*0.746
RkVA = RkW/RPF
Luego para condiciones de arranque:
SkVA = HP*(LRkVA/HP)*factor SkVA
Donde:
LrkVA/HP: es el promedio kVA/HP para el código de letra NEMA MG-1 del
motor,
Factor SkVA: es 1.0 para arranque a plena tensión y en el caso de arranque a
tensión reducida ir a la tabla 3.4 donde se encuentran reflejados estos valores.
II.7.4. Cargas Motoras.
Hay una gran variedad de tipos de motor y tipos de cargas conectadas a esos
motores, cada una de las cuales afecta las características de arranque y
funcionamiento del motor. A continuación, una discusión de muchas de estas
características y sus efectos en la definición del tamaño del generador que lo
alimentará.
Alta y Baja Inercia:
El momento de inercia de una masa rotatoria, como un motor y su carga, es
una medida de la resistencia de aceleración por el torque de arranque del
motor. El torque de arranque requiere más potencia del motor del generador
(SkW) que la carga en funcionamiento. Generalmente las cargas se
caracterizan como cargas de alta inercia y cargas de baja inercia con el
propósito de determinar la potencia necesaria del motor para arrancar y
acelerar las cargas. Por lo tanto, las cargas de baja inercia son aquellas que
71
pueden acelerarse cuando se puede asumir un factor de servicio[2] de 1.5 o
menos, mientras que, las cargas de alta inercia son aquellas donde se debe
asumir un factor de servicio más grande de 1.5.
El Factor de Servicio es un multiplicador que se aplica a los HP nominales de
un motor para indicar un incremento o decremento en la salida (capacidad de
sobrecarga) que el motor es capaz de entregar bajo ciertas condiciones. Un
factor de servicio de 1.5 indica que el motor es capas de entregar HPnom x 1.5
de manera continua bajo condiciones usuales de servicio sin que el aumento
de temperatura exceda su valor máximo permisible de acuerdo con su
clasificación NEMA de aislamientos. Se debe asumir un factor de servicio más
alto para cargas pulsantes o mecánicamente desbalanceadas.
Cálculo de los kW de arranque:
Para cargas de baja inercia:
SkW = SkVA*SPF*0.6
Para cargas de alta inercia:
SkW = SkVA*SPF
Reducir los kVA de arranque del motor de carga, puede reducir la caída de
tensión, el tamaño del generador y dar un arranque mecánico más suave. Sin
embargo, como se explica a continuación, se debe tener cuidado por las
consecuencias en los generadores, cuando se aplican estos métodos de
arranque a los motores.
Métodos de Arranque Trifásico:
Hay varios métodos disponibles los cuales se muestran a continuación:
Método de Arranque %Total de Tensión Aplicado
(TAP)
% Total de
Tensión kVA
%Total de
Tensión Torque
SkVA Factor de
Multiplicación
SP F
Tensión Total 100 100 100 1.0 -
Autotransformador de Tensión reducida
80
65
64
42
64
42
0.64
0.42
-
-
72
50 25 25 0.25 -
Reactor en Serie 80
65
50
80
65
50
64
42
25
0.80
0.65
0.50
-
-
-
Resistencia en Serie 80
65
50
80
65
50
64
42
25
0.80
0.65
0.50
0.60
0.70
0.80
Estrella – Delta 100 33 33 0.33 -
Devanado de Parte(Típico)
100 60 48 0.60 -
Motor de Rotor Embobinado
100 160´ 100´ 1.6´ -
´ - Estos son porcentajes de factores de Corriente de funcionamiento, los cuales dependen del valor de las resistencias en serie sumadas al devanado del motor.
Tabla 2-6. Métodos y Características del Arranque de Tensión Reducida.
El método más común de arranque es el arranque con tensión total. Los
requerimientos de arranque del motor se pueden reducir aplicando algún
método de arranque a tensión reducida o de estado sólido, resultando un
generador más pequeño. Sin embargo, se debe tener cuidado cuando se
aplican estos métodos de arranque reducido. Puesto que el torque del motor es
una función de la tensión aplicada, cualquier método que reduzca la tensión del
motor también reduce el torque de arranque del mismo. Estos métodos de
arranque solo se deben aplicar a cargas de baja inercia a menos que se pueda
determinar que el motor producirá el torque adecuado para la aceleración
durante el arranque.
Adicionalmente, estos métodos de arranque pueden producir altas corrientes
de entrada cuando cambian de arranque a funcionamiento, si la transición
ocurre antes de que el motor alcance su velocidad de operación. Esto dará
como resultado, que se acerquen a las condiciones de arranque con tensión
total. Si el motor no alcanza la velocidad de operación cercana a la del régimen
73
antes de la transición, pueden ocurrir caídas de tensión y frecuencia excesivas
cuando se utilizan estos métodos de arranque.
Lo explicado anteriormente, se puede razonar fácilmente de la siguiente forma:
Si la tensión impuesta a los terminales de un motor de inducción en su
arranque es reducido a una fracción de su tensión nominal, entonces la
demanda de potencia de arranque en kVA será reducida a un valor equivalente
a la tensión de pleno arranque en kVA multiplicado por fracción de la tensión
total al cuadrado.
La razón de esto se puede ver en la Ley de OHMS. La Ley de OHMS dice que
la cantidad de corriente requerida en un circuito eléctrico es directamente
proporcional a la tensión, y es igual a la tensión (V) dividido por la resistencia
(R).
Luego:
I = V / R
P = I 2 * R
P = V 2 / R
Donde:
I: corriente
P: potencia consumida.
Entonces una reducción de tensión traería una reducción de la potencia
consumida por el circuito igual al porcentaje de reducción de la tensión al
cuadrado. Por ejemplo: si la tensión de los terminales de un motor que está
siendo arrancado es reducido a un 70% de la tensión nominal, es decir 0.7 Vn,
los kVA netos para el arranque del motor y sus demandas son reducidas a un
49 %, o al 0.7 al cuadrado del 100% de su demanda.
Bajo condiciones de tensión reducida durante el arranque, el momento de
torque disponible del motor va ha ser también reducido, en un factor
equivalente al cuadrado de la tensión. Utilizando el ejemplo anterior, tendría
una reducción del torque de un 49 % de su máximo torque de arranque.
74
Una reducción de la tensión durante el arranque puede ser beneficiosa y mala;
por un lado, hay un alivio a un exceso de corriente, en el caso de los disturbios
transitorios. Por otro lado, se puede llegar a una situación donde el motor no
tenga suficiente torsión para acelerar a la velocidad deseada, especialmente si
el motor requiere mover una carga de elevada inercia.
Código de Rotor Bloqueado NEMA MG-1:
El estándar NEMA MG-1[3] para motores y generadores designa rangos
aceptables para kVA de arranque de motor con Letras Código de la “A” a la “V”.
El diseño del motor debe limitar los kVA de arranque (rotor bloqueado) a un
valor dentro del rango especificado por las Letras Código indicadas en el motor.
O sea, la letra del código corresponde con un rango de kVA de rotor bloqueado
por cada HPnom. Por ejemplo, la letra G tiene como promedio 5.9 kVA de rotor
bloqueado por cada HPnom. Para calcular los kVA de arranque, se multiplican
los caballos de fuerza del motor por el factor de multiplicación (LrkVA/HP) en la
tabla 3-5 que corresponda con la Letra Código de la NENA MG-1.
Los valores en la tabla 2-7 son los promedios de los rangos especificados de
los valores de la NEMA MG-1.Es necesario aclarar que es un promedio, ya que
cada Letra tiene un rango o sea para seguir con el ejemplo mostrado; la letra G
va de 5.60 a 6.30 pero para facilitar el uso de los factores se ha hecho un
promedio que es el que se utilizó. La tabla 2-8 es para los valores estándar
nominales de motores trifásicos de diseño B, C, y D y de alta eficiencia.
Letra Código
Factor Letra Código
Factor Letra Código
Factor
A 2 H 6.7 R 15
B 3.3 J 7.5 S 16
C 3.8 K 8.5 T 19
D 4.2 L 9.5 U 21.2
E 4.7 M 10.6 V 23
F 5.3 N 11.8
G 5.9 P 13.2
75
Tabla 2-7. Factores promedio de multiplicación que corresponden a NEMA
MG-1.
HP Motores de Diseño B, C y
D Motores de Alta Eficiencia Para Todos los Motores
Letra Código
Nema* Eficiencia
(%) Letra Código
Nema* Eficiencia
(%) FP Arranque
(SPF) FP En Func (RPF)
1 N 73 N 86 0,76 0,7
1- 1/2 L 77 L 87 0,72 0,76
2 L 79 L 88 0,7 0,79
3 K 83 L 89 0,66 0,82
5 J 84 L 90 0,61 0,85
7-1/2 H 85 L 91 0,56 0,87
10 H 86 K 92 0,53 0,87
15 G 87 K 93 0,49 0,88
20 G 87 K 93 0,46 0,89
25 G 88 K 94 0,44 0,89
30 G 88 K 94 0,42 0,89
40 G 89 K 94 0,39 0,9
50 G 90 K 95 0,36 0,9
60 G 90 K 95 0,36 0,9
75 G 90 K 95 0,34 0,9
100 G 91 J 96 0,31 0,91
125 G 91 J 96 0,29 0,91
150 G 91 J 96 0,28 0,91
200 G 92 J 96 0,25 0,91
250 G 92 J 96 0,24 0,91
300 G 92 J 96 0,22 0,92
350 G 93 J 97 0,21 0,92
400 G 93 J 97 0,21 0,92
500 & UP G 94 J 97 0,19 0,92
Tabla 2-8. Estándar de Motores Trifásicos: Código NEMA MG-1, EFF, SPF,
RPF.
76
La tabla 2-9. Es para valores estándar nominales para motores de inducción
monofásicos.
HP
Letra Código
NEMA
Eficiencia
(%)
FP
Arranque(SPF)
FP En
Func.(RPF)
Fase Dividida
1/6 U 70 0,8 0,66
¼ T 70 0,8 0,69
1/3 S 70 0,8 0,70
½ R 70 0,8 0,70
Capacitor Dividido Permanente(PSC)
1/6 G 70 0,8 0,66
¼ G 70 0,8 0,69
1/3 G 70 0,8 0,70
½ G 70 0,8 0,72
Arranque de Capacitor/Funcionamiento de Inducción
1/6 R 40 0,8 0,66
¼ P 47 0,8 0,68
1/3 N 51 0,8 0,70
½ M 56 0,8 0,73
¾ L 60 0,8 0,75
1 L 62 0,8 0,76
77
Tabla 2-9. Esándar de Motor Monofásico: Código NEMA MG-1, EFF, SPF,
RPF.
Las tablas 2-8 y 2-9 pueden usarse para buscar en ellas la letra del motor
correspondiente que se este buscando y después entrar en la tabla 2-7 y poder
obtener el factor de multiplicación (LrkVA/HP) que va con su letra, además de
su eficiencia y factores de potencia tanto en funcionamiento como en arranque.
Cálculos de Carga de Motor:
Si la carga de motor es impulsada por un impulsor de velocidad variable o de
frecuencia variable, o es un impulsor CA en un motor CD, los cálculos pueden
1-1/2 L 64 0,8 0,78
2 L 65 0,8 0,78
3 a
15 L 66 0,8 0,79
Arranque de Capacitor/Funcionamiento de Capacitor
1/6 S 40 0,8 0,66
¼ R 47 0,8 0,68
1/3 M 51 0,8 0,70
½ N 56 0,8 0,73
¾ M 60 0,8 0,75
1º M 62 0,8 0,76
1-1/2 M 64 0,8 0,78
2 M 65 0,8 0,78
3 a
15 M 66 0,8 0,79
78
realizarse como si fuera Impulsor de Frecuencia Variable (VFD). Un VFD es
una carga no-lineal que requiere un alternador sobredimensionado para
alcanzar los requerimientos de carga en funcionamiento. Por otro lado, puesto
que los VFD rampean la carga al arrancar, los requerimientos de arranque se
reducirán comparados con un motor arrancado con toda la línea. Los VFD de
tipo PWM requieren menos sobredimensionamiento que los tipos NO-PWM.
A partir de la Potencia en HP (caballos de fuerza):
RkW = (HP*0.746)/Eficiencia en Funcionamiento
A partir de la Potencia en kW:
RkW = kW/ Eficiencia en Funcionamiento
A partir de la corriente:
1Ø RkW = (RA*RV*RPF*Eficiencia)/1000
3Ø RkW = (RA*RV*RPF*Eficiencia*1.73)/1000
RkVA = RkW/RPF
Luego para condiciones de arranque:
SkVA = HP*(LRkVA/HP)*factor SkVA
Donde:
LrkVA/HP es el promedio de kVA/HP para el código de letra NEMA MG-1 del
motor,
Factor SkVA es 1.0 para arranque a plena tensión. En caso de arranque a
tensión reducida ir a la tabla 2-6 donde se encuentran reflejados estos valores.
Para carga de Baja Inercia: SkW = SkVA*SPF*0.6
Para carga de Alta Inercia: SkW = SkVA*SPF
II.7.5. Cargas de UPSs (Fuentes de Potencia Ininterrumpibles).
Para una buena comprensión de estas cargas es necesario aclarar algunos
conceptos importantes que están relacionados con ellas:
79
Cargas Lineales: Cargas Eléctricas de corriente alterna donde la tensión y la
corriente tienen una forma de onda sinusoidal, o sea, la corriente en todos los
puntos es proporcional a la tensión.
Armónica [3]: Se define como la desviación de la curva de frecuencia sinusoidal
normal. Es expresada como una onda sinusoidal adicional que es un múltiplo
de la frecuencia del generador. Estas son expresadas en la tercera, quinta,
séptima armónica, etc., denotando sus frecuencias como múltiplo de su
Frecuencia Fundamental.
Tiristor [3] – rectificador controlado de silicón (SCR): Es un rectificador
semiconductor controlado por un pulso constante en uno de sus terminales del
dispositivo. Este pulso arranca el SCR y lo mantendrá conduciendo siempre y
cuando haya una corriente presente en este terminal. Como no permite
corriente en la dirección de reversa, funciona como un diodo o rectificador con
la excepción de que la corriente hacia delante va a poder ser controlada, de ahí
el nombre de rectificador controlado de silicón.
Cargas no Lineales: Son cargas de CA donde la corriente no es proporcional
a la tensión. Las cargas que entran en esta definición son aquellas que:
presentan descarga de gas; rayos que tienen alta saturación y las que son
controladas por tiristores (SCRs). La naturaleza de las cargas no lineales es de
generar armónicas en la onda de corriente, esta distorsión en la onda de
corriente lleva a una distorsión en la onda de tensión; pero bajo esas
condiciones la onda de tensión no es proporcional a la de corriente.
Las fuentes de potencia ininterrumpibles están definidas como un sistema que
provee electricidad sin que exista ningún retraso o caída de transitoria, durante
cualquier período donde la fuente normal de electricidad no sea capaz de
brindar el servicio de forma aceptable. Las UPSs por lo general incorporan
baterías para que supla la energía eléctrica a las cargas durante los períodos
en que la fuente principal no está operando. Durante la operación normal, la
fuente principal suple electricidad (monofásica o trifásica) a un rectificador
cargador de baterías. El cargador lleva la potencia almacenada en las baterías
a un convertidor estático que convierte la electricidad de CD otra vez a
electricidad CA para poder alimentar las cargas. Durante interrupciones de
80
electricidad, la potencia del sistema es derivada directamente de la batería de
reserva sin que haya ningún tipo de interrupción.
¿Por qué tanta preocupación con estas fuentes ininterrumpidas?
Los problemas yacen en la naturaleza de los circuitos de puente SCR. Si los
SCRs están en una condición completa como se ilustra en la figura 2-3[3], no
existe ningún problema; ya que en la intercepción de cada fase sucesiva, la
tensión de cada fase es exactamente igual, y al ir incrementando la tensión de
la siguiente fase ésta tomará cargas de corriente (conmutación) de la fase
anterior en una transición muy suave. No obstante, como se ilustra en la figura
2-4[3], al retardar el ángulo de disparo de los rectificadores, durante el período
de conmutación de la fase A a la fase B, ambas fases están efectivamente en
corto circuito (amarradas). Este amarre impone un disturbio en las ondas de
ambas fases. Este disturbio será repetido dos veces durante cada medio ciclo
de cada fase, una cuando está aceptando corriente y otra cuando está dejando
caer la corriente. El resultado es un total de cuatro disturbios por cada ciclo
dentro de una onda completa que se rectifica. La magnitud y dimensión de
cada disturbio individual va a depender de varios factores, dentro de los cuales
está: la impedancia del generador, la impedancia del transformador, la
magnitud de la corriente de línea, el ángulo de los disparos de los SCR y, hasta
cierto punto, de la frecuencia de la fuente de tensión, pero eso para este caso
en especial no va a variar, ya que nuestra frecuencia es de 60 Hz.
Los disturbios en las ondas de corriente van a crear disturbios armónicos a la
onda generada por el generador, esto creará problemas a la operación del
generador, afectará el regulador de tensión automático y el sistema de manejo
de control.
81
Figura 2-3. Salida CD de un Circuito Rectificador Tipo Puente Trifásico de
media onda.
Figura 2-4. Disturbios en los disparos del SCR en una onda trifásica de
tensión.
Los problemas existentes antiguamente entre incompatibilidad de generadores
y UPSs llevaron a muchas ideas incorrectas acerca del tamaño del generador
para este tipo de cargas. En el pasado, los proveedores de UPSs
recomendaban sobredimensionar el generador dos o tres veces sobre el rango
de UPS, pero entonces tenían muchos más problemas. Desde entonces los
fabricantes de UPSs han resuelto el problema de la incompatibilidad y ahora es
82
más efectivo en cuanto a costos adquirir UPSs que sean compatibles con el
generador que sobredimensionar el generador significativamente.
Cuando se define el tamaño del generador se usa el rango de la placa de la
UPS (aunque la UPS no vaya a estar completamente cargada), más el rango
de la batería. Si las baterías se descargan cuando el UPS está operando con el
generador, el generador debe ser capaz de suministrar la carga de salida y la
carga de las baterías. La mayoría de los UPSs tiene un límite ajustable de
corriente. Si este límite se ajusta al 110-150% del rango de la UPS, esa es la
carga pico que el generador necesitará suministrar inmediatamente después de
una falla de energía de la red.
Debido a que son cargas no lineales, los UPS inducen armónicos en la salida
del generador como se muestra en la tabla 2-10[3]. Los armónicos de tensión
creados por una fuente convertidora estática pueden causar una variedad de
problemas al generador, como transiciones de tensión causadas por los
conmutadores SCR que son bastante altas y tienen unos ángulos fuertes en el
frente de sus ondas. Estos picos transitorios altos ponen esfuerzos en el
estator del generador y en sus aislamientos que pueden causar daños
prematuros de estos. Estas corrientes armónicas en el estator del generador y
en sus devanados pueden causar un incremento de calor del estator, de los
devanados e inclusive el rotor.
Los Dispositivos UPS equipados con filtros de entrada de armónicos, tienen
menos corrientes armónicas que los que no están equipados así. Los filtros
armónicos deben reducirse o dejarse fuera por medio de un interruptor cuando
la carga en la UPS es pequeña. Si no, estos filtros pueden causar un factor de
potencia inicial en el generador. El número de rectificadores (pulsos) también
dicta el grado de sobredimensión del generador que se requiere. Un rectificador
de 12 pulsos con un filtro armónico resulta en el generador de tamaño más
pequeño recomendado.
Armónico 5 7 11 13 17 19 23 25
6 Pulsos 0.175 0.111 0.045 0.029 0.015 0.010 0.009 0.008
83
12
Pulsos 0.020 0.015 0.045 0.029 0.002 0.001 0.009 0.008
Tabla 2-10. Corrientes Armónicas Prácticas por Unidad para 6 y 12 Pulsos
en el
Convertidor.
Cálculos de Carga de UPSs:
RkVA = (Salida kVA*Rango de Recarga)/Eficiencia
RkW = RkVA*RPF
Luego para condiciones de arranque:
SkW = RkW
SkVA = RkW
AkW = 2.5*RkW para convertidores de 3 pulsos.
AkW = 1.4*RkW para convertidores de 6 pulsos.
AkW = 1.15*RkW para convertidores de 12 pulsos.
AkW = 1.15*RkW para convertidores de 6 y 12 con filtro en la entrada.
AkW = 1.40*RkW para convertidores de 3 con filtro en la entrada.
Para obtener la corriente de funcionamiento teniendo como base la potencia
(kVA):
1Ø Ramps = (RkVA*1000)/ tensión
3Ø Ramps = (RkVA*1000)/ (tensión *1.73)
II.7.6. Cargas de Cargador de Baterías.
Los cargadores de baterías típicamente usan rectificadores de silicón (SCRs).
Un cargador de baterías es una carga no lineal, lo cual requiere un alternador
sobredimensionado para disipar el calor adicional y minimizar la distorsión
causada por las corrientes armónicas inducidas por el cargador. El número de
84
rectificadores (pulsos) dicta el grado de sobredimensionado del generador. Un
rectificador de 12 pulsos resulta en el generador más pequeño recomendado.
Cálculos de Carga de Cargadores de Baterías:
RkVA = (Salida kVA*Rango de Recarga)/ Eficiencia
RkW = RkVA*RPF
Luego para condiciones de arranque:
SkW = RkW
SkVA = RkVA
SPF = RPF
AkW = 2.5*RkW para convertidores de 3 pulsos.
AkW = 1.4*RkW para convertidores de 6 pulsos.
AkW = 1.15*RkW para convertidores de 12 pulsos.
AkW = 1.15*RkW para convertidores con filtro en la entrada.
Para obtener la corriente de funcionamiento a partir de la potencia (kVA):
1Ø RA= (RkVA*1000)/RV
3Ø RA = (RkVA*1000)/ (RV*1.73)
II.7.7. Equipo Médico de Imagen (Rayos X).
El equipo de imagen como los rayos X produce características de arranque y
funcionamiento únicas que se deben considerar al definir el tamaño del
generador. La carga pico kVA y la caída permisible de tensión son factores
esenciales para definir el tamaño de un generador para aplicaciones de imagen
médica. Dos factores adicionales deben comprenderse para todas las
aplicaciones de imagen médica.
Primero: cuando el equipo de imagen médica es energizado por un generador,
la imagen podría ser diferente que cuando está siendo energizado por la red
pública. La razón de esto es debido a la diferencia en las características de la
caída de tensión. Como ilustra la figura 2-5, la caída tiende a ser constante
cuando la fuente de energía es la red pública. Los intentos del regulador de
85
tensión del generador por regular la tensión también afectan la característica de
la caída.
Segundo: entre el tiempo que el operador hace el ajuste para la imagen y el
tiempo que toma la imagen, no deben ocurrir grandes cambios en la carga
como la de elevadores o aires acondicionados arrancando o deteniéndose. El
equipo de imagen médica es generalmente diseñado para usarse energizado
por la red pública. La mayoría de los equipos, sin embargo, tiene un
compensador de tensión en línea, ajustable ya sea por el instalador o el
operador. En aplicaciones donde el generador es la única fuente de energía, el
compensador de línea puede ajustarse para la caída de tensión esperada con
el generador.
Figura 2-5. Caída Tensión en aplicaciones de Imagen Médica.
Cuando el equipo de imagen ha sido ajustado para energía de la red pública, el
generador tendrá que imitar la caída de tensión de la red lo más posible. Por
experiencia, se pueden obtener imágenes satisfactorias cuando los kVA del
generador alternador es cuando menos, 2.5 veces los kVA pico del equipo de
imagen. Se puede esperar una caída de tensión de 5 a 10 % cuando se define
el tamaño del generador de esta forma.
En la tabla 2-11 se listan los kVA pico y los kVA de generador requeridos para
equipos de imagen de diferentes rangos.
86
Rango de Imagen del Equipo
kVA Pico * kVA Mínimo del Generador
Ma(V) kVP
15 100 1,5 3,8
20 85 1,7 4,3
40 125 5,0 12,5
50 125 6,3 15,8
100 125 12,5 31,3
200 125 25,0 62,5
300 125 37,5 93,8
300 150 45,0 112,0
500 125 62,5 156,0
500 150 75,0 187,0
700 110 77,0 192,0
1200 90 108,0 270,0
* - Multiplique el kva Pico por el factor de Potencia (FP) para obtener kW Pico.
Tabla 2-11. Requerimientos del Generador para Aplicaciones de Imagen
Médica.
El parámetro kVP es la tensión máxima del tubo o sea, estos equipos de
descarga usan un tubo catódico el cual puede estar sometido según el
operador a un determinado nivel de tensión, la cual va a determinar el nivel de
la descarga de salida. Por lo que se puede decir que cuentan con un rango
ajustable de tensión para la descarga, por citar un ejemplo: el Rayos X
instalado en Pakistán era de 40 kV a 125 kV en incrementos de 1 kV por lo que
el cálculo del mismo se realiza basado en los 125 kV de tensión máxima que
87
puede proporcionar. Y donde Ma es la tensión máxima del filamento que para
el caso del equipo instalado en Pakistán era de 15 V.
Cálculos de Carga de Imagen Médica.
En caso de que se quieran los resultados en kW a partir de los kVA:
RkW = RkVA*RPF
En caso de que se quieran los resultados en kVA a partir de los kW:
RkVA = RkW/RPF
A partir de la corriente:
1Ø RkW = (RA*RV*RPF*Eficiencia)/1000
3Ø RkW = (RA*RV*RPF*1.73)/1000
Para condiciones de arranque:
SkW = RkW
SkVA = SkW/SPF
SPF = RPF
Para condiciones de pico:
1Ø PkVA = (RA*RV*Ma)/1000
3Ø PkVA = (RA*RV*1.73*Ma)/1000
PkW = PkVA*SPF
AkW = RkW
Para obtener la corriente de funcionamiento teniendo como base la potencia
(kVA):
1Ø Ramps = (RkVA*1000)/ tensión
3Ø Ramps = (RkVA*1000)/ (tensión *1.73)
Cálculos para Cargas Generales que no necesitan requerimientos
especiales.
RkW = KW de la carga que se desea calcular.
RkVA = RkW/RPF
88
Luego para condiciones de arranque:
SkW = RkW
SPF = RPF
SkVA = SkW/SPF
Luego para condiciones de pico:
PkW = RkW
PkVA = RkVA
AkW = RkW
Para obtener la corriente de funcionamiento a partir de la potencia activa
(RkW):
1Ø RA = (RkW*1000) / (RV*RPF)
3Ø RA = (RkW*1000) / (RV*RPF*1.73)
II.7.8. Estimativo de la capacidad del grupo.
A la vez que se tengan todos los cálculos realizados, se debe hacer una
organización precisa y detallada de todas las cargas en cuanto a su
funcionamiento y entrada en operación. Los pasos a seguir son los siguientes:
Elaborar una lista general de todas las cargas a alimentar.
Identificar las características generales de dichas cargas y hacer una
clasificación de las mismas, así:
1. Por el número de fases: Monofásicas (Línea y Neutro), Bifásicas (Dos
Líneas) y Trifásicas.
2. Por su aplicación: Alumbrado, Vitales (Equipos del hospital), cocción,
comunicaciones, procesamiento de datos, motores, seguridad.
3. Por su factor de potencia: Resistivas, factor de potencia 0.80, etc.
Identificar, señalar y clasificar las condiciones específicas de operación de
las cargas, así:
1. Las cargas de alumbrado se deben distinguir entre incandescentes,
fluorescentes y de descarga de alta intensidad.
2. Las cargas de motores se deben clasificar según el tipo de motor, la
89
potencia de arranque, el sistema de arranque, el sistema de control, la
caída de tensión admisible, etc.
Identificar la secuencia de arranque de motores más crítica en cuanto a la
corriente de arranque de cada grupo o subgrupo de motores. Si existen
motores en el hospital que sean de una carga apreciable en comparación
con la carga de los equipos del propio hospital.
Identificar la condición más crítica de simultaneidad en operación de grupos
y subgrupos de motores.
Los equipos de imagen médica es necesario tratarlos como si fueran
motores en cuanto a la identificación de una secuencia de arranque para
ellos, ya que requieren requisitos especiales que ya han sido mencionados.
El grupo electrógeno debe tener una capacidad efectiva que permita
suministrar la corriente eléctrica necesaria para:
El mayor valor entre la secuencia de arranque de motores en caso de que
existan y de equipos de imagen médica; o sea la más crítica en cuanto a la
corriente de arranque de cada grupo o subgrupo de los antes mencionados
y la condición más crítica de simultaneidad en operación de grupos y
subgrupos.
La carga de alumbrado resultante.
La carga de cocción resultante.
Las cargas de los restantes equipos del hospital que no necesitan un trato
especial en cuanto a sobredimensión para la selección de la unidad
generadora.
Las restantes cargas como: UPSs, Cargadores de Baterías, etc.
Para totalizar los resultados se recomienda el uso de tablas para el cálculo
preciso del tamaño de la unidad; en el caso de que se requieran instalar varios
motores o cargas que necesiten un tratamiento especial (calefactores, aires
acondicionados, etc.) es necesario hacer una secuencia de los equipos que se
van a conectar a la vez y en caso de que existan más de dos secuencias se
escoge la potencia total de la secuencia que más potencia exija para su
90
arranque. El grupo electrógeno tiene que ser capaz de suministrar esta
energía.
II.7.9. Tolerancias de la Tensión y Frecuencia de Carga.
En el uso de los grupos electrógenos se debe tener en cuenta tanto la
tolerancia por caída de tensión de los equipos que se van a incluir en el
proyecto, como la tolerancia de frecuencia para que los equipos no vayan a
estar sometidos a variaciones de tensión y de frecuencia que no sean las
permitidas por el fabricante. A continuación se resume las tolerancias que
diferentes cargas tienen para cambios en la tensión y la frecuencia. Es
necesario aclarar que las tolerancias de los equipos médicos que se han de
instalar en hospitales hay que verlas por separado porque sería ilógico hacer
una tabla con ellos ya que son muy diversos y además cada hospital podría
contar con equipos diferentes.
Equipo Tensión Frecuencia Comentarios
Motores de Inducción +/- 10 % +/- 5 % La baja tensión resulta en bajo torque y alta temperatura.
La baja tensión resulta en torque y corrientes de arranque
incrementadas.
Bobinas , +/- 10 % N/A La Fuerza de contención de una
91
Arrancadores de Motor %
bobina y su constante en el tiempo de decaimiento son proporcionales a las vueltas –ampere de la bobina. Las bobinas más pequeñas, pueden salirse de esta tolerancia para la caída de transición. Una transición de caída de tensión de 30 a 40 % durante más de 2 ciclos puede causar la salida de la bobina.
Iluminación Incandescente
+10 % -25%
N/A La baja tensión resulta en 65% de luz.
La alta tensión resulta en 50% de vida.
La baja frecuencia hace que la luz parpadee.
Iluminación Fluorescente
+/-10 % N/A La alta tensión resulta en sobrecalentamiento.
Iluminación HID +10%, -20%
N/A La baja tensión resulta en apagados. La alta tensión resulta en
sobrecalentamiento.
UPS Estático +10%, -15%
+/-5% No se descarga la Batería hasta el -20% de tensión. Los UPSs son sensibles a un rango de frecuencia de más de 0.5Hz/seg. Podría ser necesario sobredimensionar el generador para limitar la distorsión armónica de la tensión.
VFDs +105%,
- 15%
*/-5% Los VFDs son sensibles a los rangos de cambio de frecuencia de más de 1Hz/seg. Podría ser necesario sobredimensionar el generador para limitar la distorsión armónica de la tensión.
Si la tensión no se recupera al 90% los dispositivos protectores de tensión se dispararán, los dispositivos de sobrecorriente podrían interrumpir, los arrancadores de tensión reducidos se bloquearán o brincarán y los motores podrían detenerse o no tener la aceleración aceptable.
Tabla 2-12. Tolerancias Típicas de Tensión y de Frecuencia.
92
II.8. Selección de los grupos electrógenos instalados en los hospitales de
la misión médica cubana en Pakistán.
II.8.1. Selección del Régimen de trabajo de los generadores.
Por las condiciones de trabajo que deben enfrentar los grupos electrógenos en
los hospitales de campaña en Pakistán, donde en muchos lugares no llega
energía eléctrica y en los que llega es de 220 V a 50 Hz, con muy mala
regulación de tensión e interrupciones constantes, siendo necesario un servicio
de excelente calidad y muy buena confiabilidad, el régimen de trabajo
seleccionado para los grupos fue el de Energía Primaria con tiempo ilimitado
de funcionamiento de sus generadores.
Aplicable, como ya se explicó a instalaciones que usan la generación “in situ”
en lugar de un suministro de red pública, típicamente donde la energía de red
no está disponible.
Este sistema usa, cuando menos, dos generadores y un interruptor de
transferencia para transferir el suministro a las cargas entre los generadores.
Uno u otro generador funciona continuamente con una carga variable y el
segundo generador funciona como respaldo en caso de una falla, y para
permitir el tiempo muerto de mantenimiento requerido.
II.8.2. Selección de la capacidad nominal.
Primeramente, se realizaron los cálculos de las cargas de los hospitales a
instalar en Pakistán. En las tablas 2-13 y 2-14 se muestra el resultado
aproximado del sobredimensionado de los equipos que lo necesitaban,
basándose en lo expuesto anteriormente y de los que no lo necesitaban para
llegar a un total del consumo del hospital; necesario para la selección de los
grupos electrógenos. Es necesario aclarar que los equipos que tienen la
potencia nominal en kW se afectaron por un factor de potencia de 0.85 para
determinar una potencia aparente equivalente a la misma.
93
Equipo Cantidad Consumo(VA) kVA Totales
Sin sobredimensionado Sobredimensionado
Autoclave 2 1200 2.400
Máquina de anestesia 1 7 0.007
Ultrasonido Diagnóstico 1 300 0.300
Microscopio 1 30 0.030
Gasómetro 1 127.5 0.127
Centrífuga H-103N 1 297.5 0.297
Centrífuga H-1200F 1 170 0.170
Centrífuga 1500 FS 1 153 0.153
Monitor no invasivo 2 85 0.170
Desfibrilador 1 450 0.450
Fotómetro 1 90 0.090
Contador de células 1 30 0.030
Mesa de operación 1 450 0.450
Ultrasonido terapéutico 1 53 0.053
Bomba de infusión 2 12 0.024
Jeringa perfusora 1 15 0.015
Balanza 1 33 0.033
Aspiradora eléctrica 1 330 0.330
Diaterma 1 2000 2.000
Electrocirugía 1 1200 1.200
Lámparas de salón 1 650 0.650
Electrocardiógrafo 1 50 0.050
Ventilador Savina 2 85 0.170
Monitor invasivo 1 130 0.130
Baño de María 1 850 0.850
Hemoglobinómetro 1 17 0.017
Destilador de agua 1 3000 3.000
Lámparas incandescentes 14 100 1.400
Lámparas incandescentes 11 60 0.660
Lámparas de
Mercurio 7 160 1.244
Calefactores 18 1200 21.600
Calentadores de agua 3 1000 3.000
Cocina eléctrica 1 2000 2.000
Olla eléctrica 1 1000 1.000
Rayos X 1 1000 12.500
TOTAL(carga instalada) 89 56.586
94
Tabla 2-13. Listado de los equipos con su consumo en horario del día.
Equipo Cantidad Consumo(VA) kVA
Totales
Sin sobredimensionado Sobredimensionado
Gasómetro 1 127.5 0.127
Monitor no invasivo 2 85 0.170
Bomba de infusión 2 12 0.024
Jeringa perfusora 1 15 0.015
Ventilador Savina 1 85 0.085
Lámparas incandescentes 3 100 0.300
Lámparas incandescentes 11 60 0.660
Lámparas de
Mercurio 7 160 1.120
Calefactores 16 1200 19.20
TOTAL(carga nocturna) 45 21.70
Tabla 2-14. Listado de los equipos con su consumo en horario de la
noche.
Según los resultados de las tablas anteriores y manteniendo un margen de
seguridad de un 10 % para que los grupos puedan asimilar la carga extra que
siempre habrá, según la situación en la que se encuentren, se llegó a la
siguiente conclusión:
De día la carga esta determinada por el equipamiento del hospital en pleno
funcionamiento, 56.586 kVA que con el factor de seguridad 1.1 da una potencia
de 62.24 kVA, por lo que se toma la potencia normalizada de 60 kVA.
Para el horario nocturno, la carga que va a alimentar el grupo electrógeno es la
carga residencial del personal del hospital (iluminación y calefacción) y el salón
de terapia intensiva, que suman 21.70 kVA, con el margen da 23.87 kVA, por lo
que se toma, 25 kVA de potencia nominal.
De esta forma, la planta de 60 kVA estaría funcionando al 94 % de su
capacidad nominal y la planta de 25 kVA a un 87 % lo que permite que
95
trabajen en el rango donde su índice de consumo es menor, es decir que son
más eficientes.
II.8.3. Selección de la marca del grupo electrógeno.
Un factor importante a tomar en cuenta para la selección de los Grupos
Electrógenos, es la calidad del equipo, que está relacionada, entre otros
factores, por el prestigio del fabricante y la tecnología que se utiliza para la
regulación de tensión en el generador sincrónico.
Otro factor para la selección, es el índice de consumo de los motores que se
utilicen. Este parámetro se expresa en gramos de combustible/kW-h y da una
medida de la eficiencia del grupo como tal. Es de vital importancia tener en
cuenta que el índice de consumo puede ser muy malo sin una adecuada
selección de la potencia nominal del grupo. Por ejemplo, si por una mala
selección, el punto de operación del grupo es un 25 % de su capacidad
nominal, el índice de consumo es realmente muy alto.
El índice de consumo se calculó sobre la base de que una tonelada de diesel
tiene, aproximadamente, 1160 litros y un litro de diesel pesa; 861.5 gramos.
Los índices de consumos utilizados fueron los de los grupos a un 100% de
carga.
La selección de las plantas se realizó mediante una comparación de las marcas
con las que se tenía experiencia de explotación durante el año 2004 en Cuba.
Dada la calidad demostrada por todas las marcas en licitación, el índice de
consumo de los motores de combustión, tuvo un peso fundamental.
La tabla que se muestra a continuación brinda los cálculos necesarios para
definir la selección de grupos electrógenos a contratar para servir las potencias
bajo las condiciones de régimen necesarios para este proyecto.
El costo de la tonelada de combustible es de 400 dólares.
Para las plantas que, como se observará, tienen potencias mayores o menores,
se realizó el cálculo adecuando las horas de trabajo al año, para que todas
entregaran la misma energía y así poderlas comparar.
96
TABLA DE DISTRIBUCION DE GRUPOS(MARCAS) PARA LAS POTENCIAS Y REGIMENES DE TRABAJO SOLICITADOS
MARCA MODELO
POTENCIA CONTINUA
(kVA)
MOTOR MODELO
CONSUMO ESPECIFICO
g/kW-h
PRECIO C.F.R.
(1)
COSTO kVA
($/kVA)
COSTO COMBUSTIBLE
5 AÑOS (2)
COSTO (1) + (2)
OBSERVACIONES
DENYO DCA-60ESH
60 HINO
W04D-TG 241 $14.920,00 249 $ 49.973,76
$ 64.893,76
Trifásico. Automático.Insonorizado
LANMAR LMD/58
60 DEUTZ
BF4M1012E 258 $21.895,00 365 $ 53.498,88
$ 75.393,88
Trifásico. Automático.Insonorizado
HEIMER GEHP75
68 PERKINS
TA236 300 $13.743,00 202 $ 62.211,84
$ 75.954,84
Trifásico. Automático.Insonorizado
DCOFHWY SE65
65 MERCEDES
BENZ OM364A
265 $15.531,00 239 $ 54.954,64 $
70.485,64 Trifásico.
Automático.Insonorizado
OTTOMOTORES CNY50
57 CUMMINS 4BT3.9G3
271 $15.109,00 265 $ 56.202,36 $
71.311,36 Trifásico.
Automático.Insonorizado
DENYO DCA-25ESI
25 ISUZU
AA-ALE2 241 $10.500,00 420 $ 20.822,40
$ 31.322,40
Trifásico. Automático.Insonorizado
LANMAR LMD/20
24 DEUTZ
F3M1011F 258 $16.218,00 676 $ 22.291,20
$ 38.509,20
Trifásico. Automático.Insonorizado
HEIMER GHP-55
25 PERKINS
4236 258 $10.460,00 418 $ 22.291,20
$ 32.751,20
Trifásico. Automático.Insonorizado
97
Tabla 2-15. Comparación de los Grupos Electrógenos para 60 kVA y 25 kVA, de diferentes Marcas Contratadas en Cuba.
98
Luego de las comparaciones realizadas se obtuvieron las siguientes conclusiones:
1- Para plantas de 60 kVA de potencia nominal, se recomienda como primera
opción la
DENYO DCA – 60ESH ·EH.
Este modelo cuenta con el mejor índice de consumo y las mejores opciones de
precios para 5 años de explotación. Como segunda opción se recomienda a
DCOFHWY - SE65.
2. Para plantas de 25 kVA de potencia nominal, se recomienda como primera
opción la
DENYO DCA – 25ESI ·EI
En el caso de la marca DENYO, el fabricante tiene patentado un sistema de
excitación que le denomina DELTA-ABIERTA; que es bastante complejo y del
cual, no brindan información. Se han hecho estudios y se puede decir que está
basado en la interacción de las componentes de Fourier de los armónicos
espaciales de la fuerza magnetomotriz que se genera en el estator de la
máquina como consecuencia de la circulación de los armónicos de tiempo
(corrientes de carga circulando por los devanados de la máquina) y la
minimización de la influencia de los mismos en los arranques fuertes.
99
La mayor eficiencia de las plantas DENYO está entre 75 % ~ 100 % de su
capacidad nominal; en este rango es cuando su índice de consumo es más
bajo.
II.9. Montaje de los grupos electrógenos en los hospitales de campaña.
II.9.1. Consideraciones para la mejor ubicación de los generadores.
Aunque los equipos son insonorizados se deben tomar medidas para minimizar
los efectos del ruido que pudiera producirse. Para esto es conveniente
emplazar los grupos a una distancia prudencial de las áreas de trabajo y
vivienda.
En condiciones de campaña no es factible fundir base de hormigón, pero se
debe tratar de emplazar los grupos en una zona lo más plana posible buscando
máxima nivelación.
Los tubos de escapes de los motores primarios de las plantas deben ser
protegidos de la entrada del polvo cuando no estén trabajando.
Los tanques de combustible instalados a la intemperie deben ser protegidos de
la humedad y corrosión que pudiera existir y además deben tener un acceso
fácil para reabastecerse.
El escape del motor debe estar dirigido lejos de ventanas y aberturas en
edificaciones.
El grupo electrógeno debe colocarse de forma tal que el flujo del viento se dirija
la mayor parte del tiempo desde el generador hasta el motor, obteniéndose así
el enfriamiento del grupo por el paso forzado del viento por sus componentes.
En general, el conjunto debe protegerse de los efectos del ambiente.
.II.9.2. Serviciar de forma efectiva los grupos.
Inicialmente se servicia las baterías con el electrolito (ácido de baterías)
indicado por el catálogo con una concentración entre 1200 y 1800 g/cm3. Se
especifica la concentración del electrolito porque normalmente debe venir en el
interior del grupo, pero en caso de que esto no suceda, hay que buscar la
forma de adquirirlo.
100
Para que se realice el llenado del tanque de combustible es necesario sellar el
drenaje de combustible para evitar el derrame de éste. Es de primer orden
señalar que en los grupos de 25 KVA se debe abrir la llave que corta el paso
del combustible entre el tanque y la bomba para que no exista un arranque en
el grupo sin combustible, ya que provocaría que el motor aspirara aire y
produciría un mal funcionamiento de éste.
Es imprescindible que se chequee el nivel de aceite y de agua del grupo, ya
que la ausencia de uno de los dos provocaría el fallo del motor de combustión
interna.
II.9.3. Arranque de los grupos electrógenos.
Para que se produzca el arranque del grupo es necesario que en el interruptor
de encendido se lleve al paso de precalentamiento. En dicho paso la maquina
mediante una resistencia o un led que presenta (en dependencia del modelo)
indica que ya se encuentra lista para el arranque. De todos modos vale
recordar que en el caso en que no aparezcan las señalizaciones (led o
resistencia) al paso de 10 segundos se le puede dar al interruptor de arranque.
Es necesario esclarecer que en el caso en que se deje mucho tiempo en ese
estado las bujías de precalentamiento se dañarían y sería necesaria su
sustitución.
Es de vital importancia que una vez realizado el arranque del grupo debe de
estar trabajando en baja durante un pequeño tiempo y acelerarlo
moderadamente hasta su punto máximo, luego se espera a que su
temperatura ascienda por encima de los 75 oC para que pueda llevar la carga.
101
II.10. Conclusiones parciales.
Terminada esta investigación podemos arribar a las siguientes conclusiones
sobre la instalación y puesta en marcha de un Hospital de Campaña:
1- El sistema de generación seleccionado para los grupos electrógenos, fue el
sistema de Energía Primaria en Régimen de Energía Primaria Tiempo Ilimitado
de Funcionamiento ya que usan la generación “in situ” en lugar de un
suministro de red pública.
2- Para la confiabilidad del sistema de energía con que cuenta el hospital de
campaña es de suma importancia analizar los siguientes puntos:
Montaje del generador.
Ubicación del tablero de distribución e interruptores de transferencia.
Circuitos ramales para calentadores de refrigerante, cargador de batería,
etc.
Seguridad en inundaciones, incendio, heladas y vandalismo.
Contención y drenajes de derrames accidentales de combustible o
refrigerante.
Acceso de servicio para mantenimiento general e inspecciones.
Acceso y espacio de trabajo para trabajos mayores como reconstrucciones
o cambio de componentes.
3- Es de vital importancia proteger al grupo de los efectos del ambiente sobre
él, por lo que se debe prestar atención y tomar medidas en contra de los
siguientes parámetros responsables de la gran mayoría de daños en los
grupos electrógenos: condensación, crecimiento de bacterias, atmósferas
corrosivas, polvo y partículas abrasivas.
4- Las cargas a instalar en el hospital tienen que ser debidamente estudiadas
ya que algunas como: Aires Acondicionados, Rayos X, Motores, etc., exigen
del grupo electrógeno una mayor demanda en el arranque o en determinados
momentos del funcionamiento de dichas cargas, trayendo consigo una
sobredimensión del grupo para que pueda brindar un buen servicio de
energía eléctrica.
102
5- Para el funcionamiento del hospital de día, la carga está determinada por el
equipamiento del mismo en pleno funcionamiento, o sea, 56.586 kVA que con
el factor de seguridad 1.1 da una potencia de 62.24 kVA, por lo que se toma
como potencia nominal 60 kVA. La planta de 60 kVA estaría funcionando al
94 % de su capacidad nominal lo que implica un buen funcionamiento para la
misma.
6- Para el horario nocturno, la carga que va a alimentar el grupo electrógeno
es la carga residencial del personal del hospital (iluminación y calefacción) y
el salón de terapia intensiva, que suman 21.70 kVA, con el margen da 23.87
kVA, por lo que se toma, 25 kVA de potencia nominal. La planta estaría a un
87 % de su capacidad lo que permite que trabaje en el rango donde su índice
de consumo es menor, es decir que es más eficiente.
7- Es de vital importancia aclarar que en caso de que sea necesario utilizar por
alguna urgencia médica, el salón de operación o alguna de las áreas que no
está contemplada dentro de las que deben funcionar por la noche, es esencial
y prioritario pasar a trabajar con la planta de 60 kVA.
8- Para plantas de 60 kVA de potencia nominal, se recomienda como primera
opción la DENYO DCA – 60ESH ·EH.
9- Para plantas de 25 kVA de potencia nominal, se recomienda como primera
opción la DENYO DCA – 25ESI ·EI.
103
El manuscrito del Manual tiene 196 páginas con gráficos, tablas, mediciones, fotos. Toca temas como las exigencias
eléctricas de todos los equipos que fueron instalados, las tierras físicas, los sistemas de protección eléctrica, los sistemas de pararrayos las formas y criterios para seleccionar, instalar y explotar los grupos electrógenos. Estoy seguro que es de suma utilidad para Misiones similares e incluso para nuestras condiciones donde los temas de protección, estabilidad y suministro eléctrico de los hospitales, CMDI y CMDAT nos causan tantos dolores de cabeza. Me admira que junto con el cumplimiento de una
misión tan importante y esforzada hayan sistematizado las ideas para producir este Manual. El manuscrito del Manual tiene 196 páginas con gráficos, tablas, mediciones, fotos. Toca temas como las exigencias eléctricas de todos los equipos que fueron instalados, las tierras físicas, los sistemas de protección eléctrica, los sistemas de pararrayos las formas y criterios para seleccionar, instalar y explotar los grupos electrógenos.
Estoy seguro que es de suma utilidad para Misiones similares e incluso para nuestras condiciones donde los temas de protección, estabilidad y suministro eléctrico de los hospitales, CMDI y CMDAT nos causan tantos dolores de cabeza. Me admira que junto con el cumplimiento de una misión tan importante y esforzada hayan sistematizado las ideas para producir este Manual.
104
Capítulo III
“Sistema de suministro y protecciones eléctricas de los hospitales de campaña.”
105
III.1. Introducción.
En este capítulo se analizará todo lo referente al sistema de suministro eléctrico
de los hospitales de campaña, incluyendo inicialmente una memoria descriptiva
en la que se describe, teniendo en cuenta las condiciones geográficas y las
duras condiciones climáticas a que estaban sometidos diariamente los
hospitales de campaña, la configuración del sistema eléctrico. Para realizar
este análisis se tratarán los siguientes temas:
Cálculo del balance de las cargas por fases.
Selección de los conductores y las comprobaciones que se le
realizan.
Cálculo y selección de las protecciones.
Cálculo y diseño de la instalación de toma corrientes.
III.2. Esquema de sistema de distribución.
En el desarrollo del capítulo anterior quedó definido que la energía eléctrica va
a ser suministrada por dos grupos electrógenos cuyas capacidades son de 25
kVA y 60 kVA respectivamente.
El grupo de 60 kVA será el responsable de suministrar energía en el horario
diurno, donde habrá mayor carga conectada mientras que el de 25 kVA será el
responsable de suministrar energía en el horario nocturno, donde sólo se
alimentaría la iluminación exterior e interior de los dormitorios y la calefacción
correspondiente a los mismos, consiste en 16 calefactores en total. En caso de
necesidad de alguna operación de urgencia en el horario nocturno, debe
arrancarse el de 60 kVA y conmutarse toda la carga eléctrica hacia éste.
Para la realización de la operación de conmutación de la carga hacia el
generador que trabajaría acorde con los horarios planteados y a la carga
conectada, se utiliza el llamado “Equipo transferencial”. Este equipo
transferencial puede trabajarse en régimen manual o régimen automático.
Dadas las condiciones ya definidas de explotación del sistema de suministro,
ambos grupos electrógenos operarán, en Régimen de Energía Primaria,
Tiempo Ilimitado de Funcionamiento y no en Régimen de Emergencia de una
106
red o sistema y teniendo en cuenta que alimentarán un hospital donde se
requiere de un operario con atención directa al sistema de suministro y las
cargas instaladas, el equipo transferencial se opera de forma manual.
Este sistema compuesto por los grupos electrógenos y el transferencial,
alimenta una Pizarra General de Distribución (PGD).
Teniendo en cuenta que en las condiciones de máxima demanda del hospital,
la carga pudiera llegar hasta 143 A, es decir, 54 kVA y que es necesario
transportar la energía de las tres fases de los generadores y el neutro, se
decidió alimentar la PGD con dos conductores “royal core” de cuatro vías de
calibre 1/0 (AWG) conectados en paralelo y soterrado. Sus especificaciones
son: corriente nominal; 100 A a 30 ºC de temperatura ambiente y 60 ºC
temperatura de servicio.
Estos conductores se conectan en paralelo para que puedan asumir la
corriente en máxima demanda y así eliminar la necesidad de comprar otro de
mayor calibre que sólo se utilizaría para este tramo del circuito. Con esto se
disminuye también, la diversidad de calibres ya que el 1/0 tendrá uso en otros
objetivos de la instalación.
A partir de la PGD, se alimentan los diferentes emplazamientos del hospital.
Los desconectivos utilizados en la Pizarra General de Distribución son
interruptores magnetotérmicos, monopolares, bipolares y tripolares. Las
acometidas hacia cada objetivo deben estar soterradas.
Estos hospitales están constituidos por los siguientes locales:
Salón de operaciones o quirófano.
Sala de terapia – fisioterapia.
Laboratorio-esterilización.
Sala de Rayos X – ultrasonido.
Sala de hospitalización.
Cuerpo de guardia.
Dormitorios.
Cocina.
107
Nota: Cada uno de estos locales son casas de campaña cuyas dimensiones
varían de acuerdo al lugar de emplazamiento y las condiciones materiales.
Para garantizar la instalación eléctrica en estos locales, se emplearon los
siguientes dispositivos y materiales:
Tomacorrientes dobles de 15 A, 110 V, con toma de conexión a tierra.
Tomacorrientes simples de 15 A, 220 V, con toma de conexión a tierra.
Bombillos incandescentes de 100 W, 220 V.
Bombillos incandescentes de 60 W, 220 V.
Interruptores simple polo, simple tiro de 220 V.
Cable “royal core” de tres vías, calibre 1/0 AWG, cuya capacidad de
corriente es: 95 A a 30 ºC cuando el conductor está soterrado, 140 A
cuando el conductor es simple y se encuentra al aire libre a esta misma
temperatura y 230 A si está desnudo.
Cable “royal core” de tres vías, calibre 10 AWG, cuya capacidad de
corriente es: 30 A a 30ºC cuando el conductor está soterrado y 40 A
cuando el conductor es simple y se encuentra al aire libre a esta misma
temperatura.
108
Cable “royal core” de tres vías, calibre 2 AWG, cuya capacidad de
corriente es: 95 A a 30ºC cuando el conductor está soterrado y 140 A
cuando el conductor es simple y se encuentra al aire libre a esta misma
temperatura.
Cable simple, calibre 12 AWG, cuya capacidad de corriente es: 25 A
cuando el conductor es simple y se encuentra al aire libre a 30 ºC de
temperatura ambiente.
Las cargas instaladas en los locales de los hospitales se muestran en las tablas de la 3-1 a la 3-8.
Salón de operaciones o quirófano.
Equipos. Tensión de alimentación (V).
Consumo de corriente (A).
Mesa de operación (383 W) 110 3,55
Bomba de infusión (10,2 W) 110 0,09
Electro-cirugía (1020 W) 110 9,45
Aspiradora (281 W) 110 2,60
Monitor invasivo (111 W) 110 2,06
Máquina de anestesia (6 W) 110 0,06
Lámpara de salón (553 W) 110 5,12
Electrocardiógrafo (43 W) 110 0,40
3 luminarias (100 W) 220 1,36
Consumo total. 9,45
109
Tabla 3-1. Salón de operaciones o quirófano.
Tabla 3-2. Sala de terapia – fisioterapia.
Sala de terapia – fisioterapia.
Equipos. Tensión de alimentación (V).
Consumo de corriente (A).
Ventilador (100 W) 110 1,07
Jeringo perfusora (13 W)
110 0,14
Monitor no invasivo (72,2 W)
110 1,54
Desfibrilador (382,5 W)
110 4,09
Electro-estímulo (45 W)
110 0,48
Ultrasonido terapéutico (45 W)
110 0,48
Diaterma (1700 W) 110 18,18
3 luminarias (100 W) 220 1,36
Consumo total. 20,42
110
Tabla 3-3. Sala de Rayos X – ultrasonido.
Tabla 3-4.
Laboratorio-esterilización.
Sala de Rayos X – ultrasonido.
Equipos. Tensión de alimentación (V).
Consumo de corriente (A).
RX portátil (850 W) 220 4,55
Ultrasonido ( 255 W) 110 2,36
2 luminarias (100 W) 220 0,91
Consumo total. 4,86
Laboratorio-esterilización.
Equipos. Tensión de alimentación (V).
Consumo de corriente (A).
Hemoglobímetro (20 W)
110 0,19
Fotómetro (76,5 W) 110 0,71
Tabulador de células (30 W)
110 0,28
Baño de maría (1000 W)
110 9,26
Destiladora (3000 W) 110 27,79
Autoclaves (1020 W) 110 18,9
Microscopio biológico (30 W)
110 0,28
Gasómetro (127 W) 110 1,18
Centrífuga H-103N (298 W)
110 2,76
Centrífuga H-1200F (170 W)
110 1,57
Balanza (28 W) 110 0,26
Centrífuga 1500 FS (153 W)
110 1,42
3 luminarias (100 W) 220 1,36
Consumo total. 46,5
111
Tabla 3-5. Sala de hospitalización.
Tabla 3-6. Cuerpo de guardia.
Tabla 3-7. Dormitorios.
Sala de hospitalización.
Equipos. Tensión de alimentación (V).
Consumo de corriente (A).
Tomacorrientes (250 W)
110 9,26
3 luminarias (100 W) 220 1,36
Consumo total. 10,65
Cuerpo de guardia.
Equipos. Tensión de alimentación (V).
Consumo de corriente (A).
Tomacorrientes (250 W)
110 2,32
2 luminarias (60 W) 220 0,55
Consumo total. 2,67
Dormitorios.
Equipos. Tensión de alimentación (V).
Consumo de corriente (A).
18 Calefactores (1200 W)
220 32,73
3 Calentadores (1000 W)
220 13,64
7 luminarias (60 W) 220 1,91
Consumo total. 82,54
112
Tabla 3-8. Cocina.
III.2.1. Balance de Cargas [4]:
En la realización del balance de cargas se toman ciertas consideraciones
relacionadas con los factores de demanda, diversidad y potencia. Los dos
primeros mencionados se obtienen como resultado de estudios empíricos, de la
experiencia acumulada, por medio de la observación y de mediciones. La tabla
3-9 muestra los diferentes tipos de factores de demanda más comúnmente
usados según el tipo de carga.
Tipo de carga. Factor de Demanda en por unidad.
Mínimo Máximo
Hoteles 0,47 0,59
Hospitales 0,41 0,57
Talleres mecánicos 0,28 0,39
Minas 0,53 0,73
Salinas 0,76 0,63
Fca. Fertilizantes 0,61 0,70
Papeleras 0,41 0,76
Cocina.
Equipos. Tensión de alimentación (V).
Consumo de corriente (A).
1 Cocina (3000 W) 220 13,64
2 luminarias (60 W) 220 0,55
Consumo total. 13,64
113
Refinerías de petróleo 0,34 0,72
Fca. de calzados 0,41 0,53
Textileras 0,38 0,56
Fca. de hielo 0,60 0,77
Pasteurizadoras de leche
0,46 0,51
Fca. de cemento 0,32 0,68
Plantas de asfalto 0,53 0,81
Bombeos (regadío) 0,66 0,91
Fca. de piensos 0,56 0,79
Frigoríficos 0,41 0,47
Cafeterías 0,50 0,70
Restaurantes 0,52 0,55
Tintorerías 0,50 -
Iglesias 0,56 -
Farmacias 0,54 0,79
Tiendas de víveres 0,63 0,73
Viviendas (1 kW de CC)
0,50
Tabla 3-9. Factores de demanda por unidad.
Es usual que varios aparatos eléctricos que dan servicio a un consumidor
determinado puedan funcionar independientemente. Si todos los aparatos
eléctricos operaran a su máxima capacidad simultáneamente, la máxima
demanda sería igual a la carga conectada, sin embargo, la demanda máxima
real de un consumidor es menor que la carga conectada porque todos los
aparatos eléctricos nunca operan a plena carga y al mismo tiempo. La relación
114
entre la máxima demanda y la carga conectada se mide mediante el Factor de
demanda:
1arg
ConectadaaC
MáximaDemandaFD
La experiencia demuestra que las demandas máximas de los consumidores
individuales del mismo tipo no ocurren simultáneamente. Esta característica se
tiene en cuenta mediante el Factor de Diversidad que se define como:
1arg
ascdegrupodelDM
esindividualDMFDiv
El factor de diversidad tiene una gran importancia económica porque permite
determinar el tamaño de los componentes que alimentan un grupo de cargas
de forma más racional. El factor de diversidad existe entre dos o más
cargas porque todas las demandas máximas no tienen que ser coincidentes en
el tiempo, es decir, todas las demandas máximas (DM) no ocurren a la misma
hora.
De estos factores depende la capacidad o tamaño del sistema. Se ha llegado a
la conclusión de que en este caso tratándose de hospitales de campaña,
considerados pequeñas instalaciones, pero con posibilidades reales de
crecimiento producto de la instalación de nuevos equipos, se toma como
unitario el valor de los factores de diversidad y de demanda. Esto implica que
el sistema sea sobredimensionado y de esta manera pueda absorber dicho
crecimiento.
Partiendo de lo anteriormente expuesto se realiza el balance de cargas como
se muestra:
115
Tabla 3-10. Balance de las cargas conectadas entre los circuitos 1 y 4.
Circ Descripcion P(W) Cant P
total I
total Cond Fase Dist(m) DV % Disyuntor(A)
C1 Alumbrado exterior 160 7 1120 5,66 12 AB 50 2,94 10
C2 Cocina 3000 1 3000 13,64 10 AB 30 2,81 20
Iluminación 60 2 120 0,61 AB
RX y ultrasonido
C3 RX portátil 850 1 850 4,55 AC
Ultrasonido 255 1 255 2,73 B
Iluminación 100 2 200 0,91 AB
Sub.total 4,86
10 30 2,25 10
Salón
C4 Mesa de operación 383 1 383 3,55 A
Bomba de infusión 10,2 2 20,4 0,19 A
Electro-cirugía 1020 1 1020 9,45 C
Aspiradora 281 1 281 2,6 B
Monitor invasivo 111 1 111 1,03 A
Máquina de anestesia 6 1 6 0,06 A
Electrocardiógrafo 43 1 43 0,4 A
Lámpara de salón 553 1 553 5,12 B
Iluminación 100 3 300 1,36 AB
Sub.total 9,45
10 15 2,23 16
116
Circ Descripcion P(W) Cant P total I total Cond Fase Dist(m) DV % Disyuntor(A)
Salón
Terapia-fisioterapia
C5 Ventilador 100 1 100 1,07 A
Jeringo perfusora 13 1 13 0,14 A
Monitor no invasivo 72,2 2 144,4 1,54 B
Desfibrilador 382,5 1 382,5 4,09 B
Electro-estímulo 45 1 45 0,48 A
Ultrasonido terapéutico 45 1 45 0,48 A
Diaterma 1700 1 1700 18,18 B
Iluminación 100 3 300 1,36 AB
Sub.total 20,42
10 18 3,44 32
Lab.-esterilización
C6 Hemoglobímetro 20 1 20 0,19 A
Fotómetro 76,5 1 76,5 0,71 B
Tabulador de células 30 1 30 0,28 A
Baño de maría 1000 1 1000 9,26 C
Destiladora 3000 1 3000 27,79 C
Autoclaves 1020 2 2040 18,9 C
Microscopio biológico 30 1 30 0,28 A
Gasómetro 127 1 127 1,18 A
Centrífuga H-103N 298 1 298 2,76 A
Centrífuga H-1200F 170 1 170 1,57 B
Balanza 28 1 28 0,26 A
Centrífuga 1500 FS 153 1 153 1,42 A
Iluminación 100 3 300 1,36 AB
Sub.total 46,5
2 10 1,94 60
117
Tabla 3-10. Balance de las cargas conectadas entre los circuitos 5 y 6.
Tabla 3-10. Balance de las cargas conectadas entre los circuitos 7, 8 y 9.
Tabla 3-11.Resumen.
Circ Descripción P(W) Cant P
total I
total Cond Fase Dist(m) DV % Disyuntor(A)
Cuerpo de guardia
C7 Tomacorrientes 250 1 250 2,67 B
Iluminación 60 2 120 0,55 AC
Sub.total 2,67
10 25 2,9 10
Hospitalización
C8 Tomacorrientes 250 4 1000 9,26 A
Iluminación 100 3 300 1,52 AC
Sub.total 10,65
10 20 1,75 16
Dormitorios
C9 Calefactores 1200 6 7200 32,73 BC
Calefactores 1200 6 7200 32,73 CA
Calefactores 1200 6 7200 32,73 AB
calentadores 1000 3 3000 13,64 AB
Iluminación 60 7 420 1,91 AB
Sub.total 82,54
1/0 30 3,17 100
Total 46177 142,7 1/0 ABC 15 1,47 200
TABLA RESUMEN
Pa (W) Pb (W) Pc (W) %Desb
14639 15392 15195 4,892
118
El balance de las cargas por fase se realiza dividiendo, en caso de cargas
bifásicas, la potencia entre dos, o sea, 50% de la carga por fase, en el caso de
que sea monofásica se acomoda para cada fase hasta alcanzar un porcentaje
de desbalance menor que un 15%.
Donde:
P (W): potencia nominal en watt de cada receptor.
Cant.: cantidad de unidades.
Ptotal: potencia total (sumatoria de las potencias).
Itotal: corriente total.
Cond (cal): calibre de los conductores.
Fase: fases a las que se conectan los diferentes receptores.
Dist (m): distancia en metros desde la PGD hasta cada uno de los objetivos.
DV %: caídas de voltajes en porciento.
Disyuntores (A): corriente nominal de los disyuntores en Ampere.
Pa (W): carga total conectada a la fase (a).
Pb (W): carga total conectada a la fase (b).
Pc (W): carga total conectada a la fase (c).
% Desb: Porciento de desbalance entre fases.
Luego la demanda máxima que se corresponde con la mayor de las corrientes
por fase se calcula por medio de la siguiente expresión:
LL IVkVADM 3)(
AkVkVADM 143*22,0*3)(
El valor de Demanda Máxima se alcanza en el horario del día cuando se
encuentra conectada la mayor carga. El grupo electrógeno que supliría esta
demanda es el de 60 kVA de capacidad.
III.3. Selección de los conductores.
El calibre de los conductores se escogió, para cada lugar en específico,
teniendo en cuenta tres comprobaciones fundamentales:
a) Selección de las secciones de los conductores por corriente. En función del
aislamiento del conductor que es afectado por el calor debido a las pérdidas
por efecto de Joule provocado por la circulación de corriente. Para la
119
selección de la sección de los conductores por calentamiento, se determina
la corriente de la carga a alimentar y se obtiene la sección estándar
correspondiente a la corriente inmediata superior.
b) Comprobación de la sección de los conductores por caídas de tensión.
Este es uno de los índices principales de la calidad de la energía eléctrica,
debido a que en los conductores que la transportan a los receptores,
ocurren caídas de tensión. Estas caídas de tensión no deben exceder
determinados límites (5% de la tensión nominal para el punto más
desfavorable).
Si al consumidor más alejado se le aplica el nivel de tensión requerido para su
correcto funcionamiento, se puede considerar que el resto de los consumidores
conectados a la misma pizarra, tendrán también la tensión necesaria.
c) Comprobación de la sección de los conductores por cortocircuito.
III.3.1. Selección de las secciones de los conductores por corriente[5].
Quirófano.
Teniendo en cuenta que su consumo total es de 9,45 A, se alimentó con una
acometida de cable “royal core” de tres vías, calibre 10 AWG, que en
condiciones soterradas permite una corriente de 30 A. Además se llevó la
tierra física con el conductor simple calibre 12 (AWG).
Se instalaron 3 luminarias de 220 V, 100 W, con el conductor calibre 12,
conmutadas con un interruptor simple polo, simple tiro de 220 V.
Sala de terapia – fisioterapia.
Teniendo en cuenta que su consumo total es de 20,42 A, se alimentó con una
acometida de cable “royal core” de tres vías, calibre 10 AWG, que en
condiciones soterradas permite una corriente de 30 A. Además se llevó la
tierra física con el conductor simple calibre 12 (AWG).
Se instalaron 3 luminarias de 220 V, 100 W, con el conductor calibre 12,
conmutadas con un interruptor simple polo, simple tiro de 220 V.
Sala de RX – ultrasonido.
120
Teniendo en cuenta que su consumo total es de 4,86 A, se alimentó con una
acometida de cable “royal core” de tres vías, calibre 10 AWG, que en
condiciones soterradas permite una corriente de 30 A. Además se llevó la
tierra física con el conductor simple calibre 12 (AWG).
Se instalaron 3 luminarias de 220 V, 100 W, con el conductor calibre 12,
conmutadas con un interruptor simple polo, simple tiro de 220 V.
Sala de hospitalización.
Teniendo en cuenta que su consumo total es de 10,65 A, se alimentó con una
acometida de cable “royal core” de tres vías, calibre 10 AWG, que en
condiciones soterradas permite una corriente de 30 A, además se llevó la tierra
física con el conductor simple calibre 12 (AWG).
Se instalaron 3 luminarias de 220 V, 100 W, con el conductor calibre 12,
conmutadas con un interruptor simple polo, simple tiro de 220 V.
Cuerpo de guardia.
Teniendo en cuenta que su consumo total es de 2,32 A, se alimentó con una
acometida de cable “royal core” de tres vías, calibre 10 AWG, que en
condiciones soterradas permite una corriente de 30 A; además, se llevó la tierra
física con el conductor simple calibre 12 (AWG).
Se instalaron 3 luminarias de 220 V, 100 W, con el conductor calibre 12,
conmutadas con un interruptor simple polo, simple tiro de 220 V.
Dormitorios.
Teniendo en cuenta que su consumo total es de 82,54 A, se alimentó con una
acometida de cable “royal core” de tres vías, calibre 1/0 AWG, que en
condiciones soterradas permite una corriente de 125 A.
Se instaló una luminaria de 220 V, 60 W, con el conductor calibre 12,
conmutada con un interruptor simple polo, simple tiro de 220 V.
Cocina.
Teniendo en cuenta que su consumo total es de 14,25 A, se alimentó con una
acometida de Cable “royal core” de tres vías, calibre 10 AWG, que en
condiciones soterradas permite una corriente de 30 A.
121
Se instalaron 2 luminarias de 220 V, 60 W, con el conductor calibre 12,
conmutadas con un interruptor simple polo, simple tiro de 220 V.
Tabla 3-12. Intensidad de corriente admisible para conductores de cobre.
(AWG).
En la selección de los conductores también se tuvo en cuenta la rigidez
mecánica y el posible rápido crecimiento de las cargas, producto de la posible
instalación de nuevos servicios hospitalarios.
122
III.3.2. Comprobación de la sección de los conductores por caídas de tensión[6].
Una vez seleccionados los conductores, se comprueba la caída de tensión para
el punto más lejano, que es el último dormitorio que se encuentra ubicado a 30
m.
La siguiente figura muestra las gráficas de las curvas de caída de tensión en V
por cada 10000 A-P.
123
Figura 3-1. Curvas de caída de tensión en V por cada 10000 A-P.
Con el factor de potencia y el calibre del conductor seleccionado se busca, en
el gráfico, la caída de tensión, ∆U, por 10000 A-Pies, llevando los pies a metros
y multiplicando por la corriente, I, y la longitud del conductor, l, se obtiene el
porciento de caída ∆U % :
124
%75.2220*1000
100*30*124*28.3*5.3
*1000
100***28.3*%
Un
lIUU
III.3.3. Comprobación de la sección de los conductores por
cortocircuito[6].
Para llevar a cabo esta última comprobación, se realiza todo el cálculo de
cortocircuito del sistema.
III.4. Cálculo de cortocircuito[7].
Cualquier instalación eléctrica debe estar protegida contra los cortocircuitos. La
intensidad de la corriente de cortocircuito debe calcularse para cada uno de los
diversos circuitos de la instalación para poder determinar las características de
los componentes que deberán soportar o interrumpir la corriente de falla.
La corriente máxima de cortocircuito determina:
La capacidad interruptiva de los interruptores automáticos.
La capacidad de cierre del interruptor.
La solicitación electrodinámica de conductores e interruptores.
La corriente mínima de cortocircuito es indispensable para elegir la curva de
disparo de los interruptores automáticos y fusibles, especialmente cuando:
La longitud de los cables es importante.
La protección de las personas se basa en el funcionamiento de los
interruptores automáticos o de los fusibles, lo que es el caso concreto de los
sistemas de distribución con los esquemas de conexión a tierra del neutro
(o regímenes de neutro) TN o IT.
Para más detalles prácticos se recomienda consultar la norma UNE 20 460 o la
Guía de la Instalación Eléctrica de la corporación Schneider.
III.4.1. Características de los cortocircuitos.
Las principales características de los cortocircuitos son:
Su duración: pueden ser, auto extinguibles, fugaces, permanentes.
Su origen: dado por factores mecánicos (rotura de conductores, conexión
eléctrica accidental entre dos conductores, producida por un objeto
125
conductor extraño, como herramientas o animales), debido a sobre
tensiones eléctricas de origen interno o atmosférico causados por la
degradación del aislamiento por el calor, la humedad o un ambiente
corrosivo.
Su localización: dentro o fuera de una máquina o un cuadro eléctrico.
Desde otro punto de vista, los cortocircuitos pueden ser:
a) Monofásicos (80% de los casos).
b) Bifásicos (15% de los casos), los de este tipo, suelen degenerar en
trifásicos.
c) Trifásicos en origen, sólo el 5% de los casos.
III.4.2. Consecuencias de los cortocircuitos.
Sus consecuencias dependen de la naturaleza y duración de los fallos, del
punto de la instalación afectado y de la magnitud de la intensidad.
Según el lugar del fallo, la presencia de un arco puede:
Degradar los aislantes.
Fundir los conductores.
Provocar un incendio o representar un peligro para las personas.
Según el circuito afectado, pueden presentarse:
Sobreesfuerzo electrodinámico, con:
1. Deformación de las barras.
2. Arrancado o desprendimiento de los cables.
Sobrecalentamiento debido al aumento de pérdidas por efecto Joule, con
riesgo de deterioro de los aislantes.
Para los otros circuitos eléctricos de la red afectada o de redes próximas:
1. Disminución de la tensión durante el tiempo de la eliminación de la falla,
desde algunos milisegundos hasta varias centenas de milisegundos.
2. Desconexión de una parte más o menos importante de la instalación,
según el esquema y la selectividad de sus protecciones.
126
3. Inestabilidad dinámica y/o pérdida de sincronismo de las máquinas.
4. Perturbaciones en los circuitos de mando y control, etc.
III.4.3. Cálculo de la corriente de cortocircuito para el hospital de
campaña escogido como modelo.
Para la situación presentada en los hospitales de campaña donde la
generación de energía eléctrica es debida al funcionamiento de grupos
electrógenos, uno de 60 kVA y otro de 25 kVA, bajo la condición de que no
trabajarían simultáneamente y que el más pequeño funcionaría solamente en
horario nocturno, se realiza el cálculo del nivel de cortocircuito para el caso
crítico, tomando como potencia y voltaje base; 60 kVA y 220 V
respectivamente y con los datos que aparecen a continuación, se procede al
cálculo.
Generador:
P = 60 kVA
Xd´´ = 25 %
Xd´´ pu = 0,25 pu
Donde:
P: potencia nominal del generador.
Xd´´: reactancia subtransitoria en porciento.
Xd´´ pu: reactancia subtransitoria en por unidad.
Teniendo en cuenta las cuestiones planteadas anteriormente para la selección
de los conductores se obtiene lo siguiente:
No 12 AWG → X = 0,00456 Ω/100 pies
No 10 AWG → X = 0,00448 Ω/100 pies
No 2 AWG → X = 0,00344 Ω/100 pies
No 1/0 AWG → X = 0,00340 Ω/100 pies
Estos datos están dados para una temperatura de 75 ºC.
Luego de hacer la conversión a Ω/km se obtiene:
No 12 AWG → X = 0,1506 Ω/km
No 10 AWG → X = 0,1419 Ω/km
No 2 AWG → X = 0,1128 Ω/km
127
No 1/0 AWG → X = 0,0103 Ω/km
Con estos valores y con la longitud de los conductores de cada acometida, se
pasa a calcular la reactancia de cada tramo.
Cocina.
l = 0,05 km
Xcocina =0,007095 Ω
RX + Ultrasonido.
l = 0,03 km
XRX =0,004257 Ω
Quirófano.
l = 0,015 km
Xsalón =0,002128 Ω
Terapia + Fisioterapia.
l = 0,018 km
Xterapia =0,002554Ω
Cuerpo de guardia.
l = 0,02 km
XCG =0,002838 Ω
Laboratorio + esterilización.
l = 0,010 km
Xlab. =0,001128Ω
Hospitalización.
l = 0,025 km
Xhosp. =0,003547 Ω
Calefacción y alumbrado interior.
l = 0,03 km
Xint. =0,003384Ω
128
Alumbrado exterior.
l = 0,05 km
Xext. =0,00753 Ω
Tramo grupo electrógeno – PGD.
l = 0,015 km
X1/0 =0,0001545 Ω, este valor es para un solo cable.
Mediante la siguiente expresión se obtienen las reactancias en pu[5]:
1000*
*2
base
baseohm
puV
SXx ,
Donde:
Sbase = 60 kVA
Vbase = 0.22 kV
Cocina.
Xcocina pu = 0.00879 pu
RX + Ultrasonido.
XRXpu = 0.005277 pu
Salón.
Xsalón pu = 0.002638 pu
Terapia + fisioterapia.
Xterapia pu = 0.003166pu
Cuerpo de guardia.
XCG pu = 0.003518 pu
Laboratorio + esterilización.
Xlab pu = 0.001398pu
Calefacción + alumbrado interior.
Xint pu = 0.004195pu
Alumbrado exterior.
129
Xext pu = 0.0093347 pu
Tramo Grupo electrógeno – PGD.
X1/0 pu = 0.0001915 pu, para un solo cable.
Como en este tramo, existen dos conductores de igual reactancia y
conectados en paralelos, la reactancia equivalente es:
Tramo Grupo electrógeno – PGD.
X1/0 pu = 0.00009575 pu
En la siguiente figura se representa el circuito con los valores de reactancia en
(pu) correspondiente a cada secuencia:
Figura 3-2. Circuito con los valores de reactancia en (pu) para secuencia (+) y (-).
Tomando la reactancia de secuencia cero, tres veces mayor que la reactancia
de secuencia positiva en las líneas de distribución y tres veces menor en el
generador:
130
Figura 3-3. Diagramas simplificados de las secuencias (+), (-) y (0):
Figura 3-4. Reducción del diagrama de la figura 3-2.
131
Figura 3-5. Reducción del diagrama de la figura 3-3.
Para la selección correcta de las protecciones es importante valorar, entre los
tipos de cortocircuitos conocidos, y basado en nuestras condiciones, cuál es el
que se manifiesta con mayor intensidad.
Por medio de las siguientes expresiones, calculando las reactancias
equivalentes de las secuencias (+), (-) y (0), se arriba a los siguientes
resultados:
Xsex (+): 0,2515 pu
Xsec (-) : 0,2515 pu
Xsec (0): 0,0878 pu
BASEIx
Icc *1
)sec(
3
3Icc 624 A
132
baseIxxx
Icc *1
*3)sec()sec()0sec(
1
7971 Icc A
Donde la corriente base esta dada por la expresión:
AV
SI
kVbase
kVAbase
base 157*3 )(
)(
Las protecciones se seleccionan en función del cortocircuito monofásico, por
ser el más severo.
En el siguiente gráfico[5], se verifica si los conductores son capaces de soportar
el mayor valor de corriente de cortocircuito. Para esto se entra con el tiempo de
operación de las protecciones que es de 0.016 s (0.96 ciclos) y la corriente de
cortocircuito (797 A) y se interceptan en un punto, como este se encuentra por
debajo de la curva correspondiente para el conductor de menor calibre, éste
soporta el máximo valor de cortocircuito, lo que indica que los demás también.
En la siguiente figura se muestra el gráfico para la comprobación de los conductores por cortocircuito.
133
Figura 3-6. Gráfico para la comprobación de los conductores por cortocircuito.
134
III.5. Cálculo y selección de las protecciones.
Actualmente las protecciones eléctricas constituyen una parte indispensable en
cualquier instalación eléctrica, esto es debido a que tienen el objetivo de
proteger a las personas, a las propias instalaciones y a todo lo que las rodea,
de los efectos que pueda desencadenar un funcionamiento anómalo de una
instalación o circuito eléctrico.
Siempre que ocurra cualquier anomalía, la función de una protección es la
detección y rápido aislamiento de la parte afectada.
III.5.1 Características eléctricas de los disyuntores[8].
Las características de reglaje son dadas por las curvas de disparo. Estas
curvas contienen distintas zonas delimitadas por las siguientes corrientes.
Intensidad nominal (In).
In (en A efectivos): intensidad ininterrumpida máxima soportada a temperatura
ambiente sin sobrecalentamiento anormal.
Ej. : 125 A a 40 °C.
Regulación de disparo magnético (Idm).
Idm (en kA): está en función de In. La Idm caracteriza la protección contra los
cortocircuitos para todas las categorías de interruptores. Para los cortocircuitos
superiores al valor Idm, el interruptor debe interrumpir instantáneamente, la
corriente.
III.5.2. Cálculo de los Disyuntores.
Teniendo en cuenta que el cortocircuito de mayor intensidad es el monofásico y
que su valor es Icc = 797 A, que además, la curva de operación de los
disyuntores es la “B”, apropiada para la carga a proteger, se procede a la
selección de los mismos:
Tipo de curva:
Curva B
(azul: disparo magnético)
(roja: disparo térmico)
135
Disparo térmico
Está limitado hasta 3 In
Para In ≤ 32 A, se cumple que; hasta 2,55 In: t < 60 s.
Para In > 32 A, se cumple que; hasta 2,55 In: t < 120 s.
Disparo magnético
Está situado entre 3 In y 5 In
Para In ≤ 32 A, se cumple que, hasta 3 In: 0,1 < t < 45 s.
Para In > 32 A, se cumple que, hasta 3 In: 0,1 < t < 90 s.
En cualquier caso; para 5 In: t < 0,1 s.
Curva B
DISYNOM
CC
I
IMVN
.
MÁXIMACARGADISYNOM II *25.1..
Donde:
MVN: Múltiplos de los valores nominales de corriente de los disyuntores.
I NOM.DISY: Corriente nominal del disyuntor.
MÁXIMACARGAI : Corriente de carga máxima.
MÁXIMACARGADISYNOM II *25.1..
Cocina.
Icarga máxima = 13.64 A
Inom. disyuntor = 20 A
MVN = 38.35
RX + Ultrasonido.
Icarga máxima = 4.86 A
136
Inom. disyuntor = 10 A
MVN = 79.7
Quirófano.
Icarga máxima = 9,45 A
Inom. disyuntor = 16 A
MVN = 48
Terapia + fisioterapia.
Icarga máxima = 20.42 A
Inom. disyuntor = 32 A
MVN = 25
Cuerpo de guardia.
Icarga máxima = 2.67 A
Inom. disyuntor = 10 A
MVN = 79.7
Laboratorio + esterilización.
Icarga máxima = 46.5 A
Inom. disyuntor = 60 A
MVN = 12.78
Calefacción + alumbrado interior.
Icarga máxima = 82.54 A
Inom. disyuntor = 100 A
MVN = 4.98
Alumbrado exterior.
Icarga máxima = 5.66A
Inom. disyuntor = 10 A
MVN = 79.7
Tramo grupo electrógeno – PGD.
137
Icarga máxima = 142.74 A
Inom. disyuntor = 200 A
A partir de los múltiplos de valores nominales (MVN) obtenidos y trabajando
con la curva de disparo (“B”), se obtuvo que el tiempo de disparo magnético
de los disyuntores es 0.016s.
En la tabla a continuación aparecen en forma de síntesis los dos tipos de
disyuntores que se utilizan en este proyecto: disyuntor de caja moldeada y el
mini-interruptor, con sus principales características, además también, aparece
representado un interruptor de potencia.
138
Tabla 3-14. Breve síntesis de la selección de protecciones.
III.6. Cálculo y diseño de la instalación de tomacorrientes.
Los tomacorrientes se sitúan a 40 cm del suelo, fijados a los postes que
sostienen las casas de campaña.
139
Local
Cant. de TC110V (dobles)
Cant. de TC220V
(sencillos)
Potencia de los
TC110V (W)
Potencia de los
TC220V (W)
cocina - 2 - 495
Rx y ultras. 1 1 255 850
salón 4 - 2475 -
Terapia y fisioterapia
4 - 700 -
Cuerpo de guardia
1 - 250 -
Lab. y esterilización
3 - 7014 -
Calefacción - 18 - 21600
Calentadores - 3 3000
Tabla 3-15. Resumen de la instalación de tomacorrientes.
La potencia de los tomacorrientes se calculó:
cos** nctc KkVAP
Donde:
ncK : Coeficiente de no coincidencia = 1
cos = 0.85
Quirófano.
El equipo de anestesia y la mesa de operación, se conectaron a la fase A y el
neutro, con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
La bomba de infusión y el equipo de electro-cirugía, se conectaron a la fase A y
neutro, C y neutro respectivamente con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
La aspiradora y el monitor invasivo, se conectaron a la fase B y el neutro, A y
neutro respectivamente con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
140
La lámpara de salón y el electrocardiógrafo, se conectaron a la fases B y el
neutro, A y el neutro respectivamente con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
Sala de terapia – fisioterapia.
El ventilador y el monitor no invasivo, se conectaron a las fases A y neutro, B y
neutro respectivamente, con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
La jeringa perfusora y el desfibrilador, se conectaron a las fases A y neutro y B y
neutro respectivamente, con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
El electro-estímulo y el ultrasonido terapéutico, se conectaron a la fase A y
neutro, con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
La diaterma debido a su valor de corriente nominal se conectó directamente al
disyuntor que protege a este objetivo.
Laboratorio-esterilización.
El hemoglobímetro y fotómetro se conectaron a la fase A y neutro, B y neutro,
respectivamente, con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
Las centrífugas, se conectaron a las fases A y neutro, con un tomacorriente
doble de 15 A, 110 V, teniendo en cuenta que sólo trabajan dos al mismo tiempo.
El microscopio biológico y el tabulador de células, se conectaron a la fase A y
neutro, con un tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
El baño de maría, la destiladora y la autoclave se conectaron a la fase C y
neutro, debido a sus valores de corriente nominal se conectan directamente al
disyuntor que protege a este objetivo.
La balanza y el gasómetro se conectaron a la fase A y neutro con un
tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
Sala de RX – ultrasonido.
El equipo de ultrasonido, se conectaron a la fase B y el neutro, con un
tomacorriente doble de 15 A, 110 V.
El Rx se conectó a las fases AC, con un tomacorriente doble de 15 A, 220 V.
141
Cuerpo de guardia.
En este objetivo no existe la permanencia de equipos electromédicos, pero para
el caso de que lo requiera se cuenta con un tomacorriente simple de 15 A, 110 V.
Dormitorios.
Los calefactores, se conectaron distribuidos entre las tres fases A, B y C, con dos
tomacorrientes simples por dormitorios, de 15 A, 110 V.
Cocina.
Las hornillas eléctricas se conectaron a las fases A y B, con dos tomacorriente
simples de 15 A, 220 V.
La iluminación interna de los locales se sostiene de los mástiles centrales de las
casas de campaña.
La iluminación externa de los locales se sostiene también de los mástiles
externos de las casas de campaña.
III.7. Pizarra general de distribución.
Debido a los consumos en los locales, en la pizarra general de distribución la
distribución de los disyuntores es la mostrada en la figura 3-9.
142
Figura 3-9. Pizarra general de distribución.
143
III.8. Listado total de materiales.
En la siguiente tabla se muestra el listado total de materiales necesarios para abordar la instalación.
Tabla 3-16. Listado de materiales.
Núm. Descripción Unidad Cant.
1 lámparas incandescentes de mercurio de 160W u 7
2 lámparas incandescentes de 100W u 11
3 lámparas incandescentes de 60W u 11
4 Sucker u 35
Tomacorrientes dobles para empotrar, de espigas planas con toma de tierra,110V,15A
u 13
4 Tomacorrientes simples para empotrar, de espigas planas, con toma de tierra,230V,15A
u 23
5 Conductor "royalcole" de cobre AWG10 rollo de 200m
1
6 Conductor "royalcole" de cobre AWG2 rollo de 100m
1
7 Conductor "royalcole" de cobre AWG1/0 rollo de 20m
1
8 Conductor de cobre AWG12 rollo de 100m
1
9 Interruptor sencillo simple polo simple tiro 15ª u 23
10 Varilla de tierra de cobre metros 2
11 Transferencial u 1
12 Bridas de15mm de longitud u 100
13 Clavos libra 1
14 Cinta adhesiva de plástico rollo 10
15 Pizarra P u 1
16 Tapas para tomacorrientes dobles u 15
17 Tapas para tomacorrientes sencillos u 30
18 Disyuntores u 10
144
III.9. Conclusiones parciales.
Durante el desarrollo de este capitulo se arribó a las siguientes conclusiones:
1. La cantidad de materiales necesarios para llevar a cabo toda la instalación
eléctrica de un hospital de campaña, es aproximadamente, la establecida
en la tabla anterior.
2. Teniendo en cuenta que estos materiales pueden adquirirse en el propio
lugar o país del desastre, los precios, variarán de acuerdo con las
características del mercado.
3. El transferencial debe ser emplazado lo más cercano posible de los grupos
y la PGD, debe emplazarse tratando que los locales a alimentar queden a
distancias similares de ésta.
4. Después de la ubicación de las casas de campaña, los grupos
electrógenos, el transferencial y la pizarra, debe procederse a la
interconexión eléctrica entre estos a través de los conductores que
quedaron definidos en este informe.
5. El procedimiento establecido para ejecutar proyectos de esta naturaleza
propone:
a. La ubicación en un plano provisional del hospital, de los equipos eléctricos
y electro-médicos de acuerdo a cómo quedarán en los locales.
b. A partir de esta ubicación y al consumo de cada equipo, determinar las
corrientes máximas o totales que consumirían estos locales.
c. La selección de los conductores de acuerdo con su capacidad térmica.
d. El cálculo de las caídas de tensión en las acometidas a los locales, para
comprobar si éstas se encuentran dentro de los límites permisibles.
e. La comprobación de su capacidad para soportar los niveles de
cortocircuito que pudieran producirse.
f. La determinación de las dimensiones de los interruptores para las
protecciones.
145
g. El balance de carga, de acuerdo con la distribución que se propone en
este proyecto, llegando al detalle de cuál equipo debe conectarse a cada
tomacorriente.
h. La ejecución práctica del proyecto.
146
CAPITULO IV
“Instalaciones de sistemas de puesta a tierra.”
147
IV.1. Introducción.
Un hospital de campaña es un lugar donde el riesgo de accidente eléctrico es
elevado, debido fundamentalmente a que en las instalaciones no existen los
niveles de aislamiento requeridos; en muchas, un simple nylon o una lona es
todo lo que se tiene por piso. Otro riesgo presente son las descargas eléctricas
atmosféricas, las que pueden ser más probables cuando el campamento se
instala en una zona desprovista de árboles, en donde las estructuras más altas
son los mástiles de las casas de campañas. Para evitar estos peligros se hace
necesaria la instalación de un sistema de puesta a tierra con el cual se proteja
al personal del hospital tanto de los contactos indirectos como de las
sobretensiones externas.
Existen diferentes tipos de puesta a tierra las cuales tienen diferentes funciones
y normas para instalarse. Las puestas a tierras pueden separarse en dos
categorías:
La puesta a tierra para protección, que incluye, la puesta a tierra para el
sistema de pararrayos y la puesta a tierra de protección contra contactos
indirectos.
La puesta a tierra de funcionamiento, la cual se puede realizar
empleando los diferentes regímenes de neutro.
En el siguiente capítulo se hace un detallado análisis de cómo se debe instalar
un sistema de puesta a tierra, con el objetivo de que al lector le resulte fácil de
comprender y a la vez lo ayude en la práctica.
148
IV.2. Suelos.
El suelo es la capa terrestre donde se realizan las conexiones a tierra de todos
los circuitos eléctricos, debido a esto, se hace necesario conocer los factores
que proporcionan una mejor puesta a tierra y los elementos que pueden
empeorar dicha puesta a tierra; así como las medidas que se pueden tomar
para mejorar las características conductoras del suelo.
IV.2.1. Conductividad de los suelos.
La conducción en la mayoría de las rocas de la superficie terrestre se efectúa
de forma electrolítica y se da en los poros de las rocas. La conducción de la
corriente se realiza a través de los iones, los cuales son producto de la
disociación de sales, lo que ocurre cuando las sales son disueltas en agua.
Una mayor concentración de iones trae consigo una mejor conductividad del
suelo, por lo que la humedad del suelo proporciona una buena puesta a tierra
aunque una excesiva humedad acelera la corrosión de los electrodos. La
conducción en los suelos también se presenta de forma electrónica, pero ésta
es de menor importancia, con respecto a la iónica, debido a que los portadores
de ésta (metales nativos y metaloides) se encuentran en los suelos en menor
proporción.
Según la conformación de los suelos éstos presentan diferentes resistividades,
Estos valores de resistividad del terreno son utilizados para diseñar los distintos
tipos de electrodos de puesta a tierra, los que se dimensionarán de forma que
su resistencia de tierra, en cualquier circunstancia previsible, no sea superior al
valor especificado para ella, en cada caso. Hay que tener en cuenta que la
resistencia de tierra de un electrodo depende de sus dimensiones, de su forma
y de la resistividad del terreno en el que se establece. Las tablas que se
muestran a continuación nos brindan la resistividad de algunos terrenos
naturales y terrenos en los cuales se aprecia la acción del hombre.
149
Tabla 4-1. Resistividad de algunos terrenos naturales [9].
Tabla 4-2. Resistividad de algunos terrenos luego de la acción del hombre [9].
Tipo de terreno Resistividad en (Ώ . m )
Terrenos pantanosos de algunas unidades a 30
Limo 20 a 100
Humus 10 a 150
Turba húmeda 5 a 100
Arcilla plástica 50
Margas y arcillas compactas 100 a 200
Margas del jurásico 30 a 40
Arena arcillosa 50 a 500
Arena silícea 200 a 3.000
Suelo pedregoso cubierto de césped 300 a 500
Suelo pedregoso desnudo 1500 a 3.000
Calizas blandas 100 a 300
Calizas compactas 1000 a 5000
Calizas agrietadas 500 a 1000
Pizarras 50 a 300
Rocas de mica y cuarzo 800
Granitos y gres procedente de alteración
1.500 a 10.000
Granitos y gres muy alterados 100 a 600
Tipo de terreno Valor medio de la
resistividad en (Ώ. M)
Terrenos cultivables y fértiles, terraplenes compactos y húmedos
50
Terraplenes cultivables poco fértiles y terraplenes
500
Suelos pedregosos desnudos, arenas secas permeables
3.000
150
La resistividad varía frecuentemente de un punto a otro del terreno, y varía
también con la profundidad. Esta resistencia puede ser calculada como se
muestra a continuación.
Tabla 4-3. Fórmulas para el cálculo de la resistividad de un electrodo (1).
ρ: Resistividad del terreno (Ώ. m).
p: Perímetro de la placa (m).
L: Longitud de la pica o del conductor (m).
IV.2.2. Parámetros de los cuales depende la resistencia del suelo.
La resistividad del terreno es un factor importante en el valor de la resistencia
de puesta a tierra, la que depende, además del tipo de terreno y de varios
parámetros entre los que podemos encontrar como los más significativos a los
siguientes:
Humedad del terreno.
Salinidad del terreno.
Temperatura del terreno.
Granulometría del terreno.
Compacticidad del terreno.
Electrodo Resistencia de la tierra en Ohm
Placa enterrada
Pica vertical
Conductor enterrado horizontalmente
151
En lo referente a la humedad del terreno, se puede plantear que su principal
efecto es disolver las sales contenidas en el mismo. A medida que el grado de
humedad aumenta, la resistencia disminuye con rapidez pero, a partir de que la
humedad del suelo es mayor que un 15 %, esta disminución es mucho menos
significativa a causa de que se alcanza prácticamente la saturación del suelo.
En el caso de que la humedad varíe con las estaciones del año se deben
realizar los cálculos pertinentes con los valores de humedad de la estación
seca.
Con respecto a la salinidad hay que destacar que una buena salinidad en el
terreno disminuye la resistividad de éste; si a la vez, el terreno presenta la
humedad necesaria para que estas sales se disuelvan en él aumentando así su
conductividad. Vale decir que una excesiva salinidad puede ser perjudicial para
el electrodo, ya que las sales aceleran la corrosión de éste.
La granulometría es un elemento importante que influye sobre la porosidad y la
humedad del suelo y también sobre la superficie de contacto con los
electrodos, incrementándose la resistividad con el tamaño de los granos. Por lo
que se hace necesaria una buena compacticidad del suelo para lograr una baja
resistencia alcanzando un valor estable.
La resistividad del terreno asciende a medida que desciende la temperatura y
ese efecto es más crítico al alcanzarse los 0 ºC, ya que a esta temperatura se
empieza a congelar el agua que se encuentra en el suelo. Para valores de
temperatura superiores al valor de congelación el efecto es menos apreciable.
Existe diferencia entre los valores de resistividad del terreno para las distintas
temperaturas, por ejemplo, entre temperaturas de algunos grados sobre 0ºC y
temperaturas cercanas a 25 ºC puede llegar a duplicarse el valor de la
resistividad, siendo mayor, por supuesto, el valor de resistividad
correspondiente a las bajas temperaturas. Las altas temperaturas causan el
calentamiento del terreno y por consiguiente la vaporización del agua, por lo
que también deben evitarse.
152
IV.2.3. Como disminuir la resistencia del suelo.
Como se supone, el lugar donde se realizará la instalación del hospital de
campaña se escoge buscando una posición donde se pueda brindar un mejor
servicio a la población, por ello, puede que en algunos casos las condiciones
del suelo no sean las más idóneas para realizar una buena puesta a tierra y es
en estas condiciones, donde el técnico tiene que buscar soluciones al
problema.
Para disminuir la resistividad del suelo, lo primero que hay que hacer es buscar
las causas que originan el problema y la forma en que pueden ser minimizadas.
Lo más común es encontrarse un terreno seco en el cual, para mantener la
humedad del terreno, se hace necesario, en muchas ocasiones, el uso de
sustancias higrométricas que fijen la humedad en el terreno, tales como la sal
común y el carbón vegetal. También se puede sembrar césped sobre las tomas
de tierra. Esto ayuda a mantener la humedad al evitar las evaporaciones. La
solución más sencilla podría ser buscar un lugar donde el terreno se
mantendría húmedo, producto de la misma actividad del campamento.
Otra forma de disminuir la resistividad de una puesta a tierra es, si en lugar de
electrodos verticales convencionales se usan tubos galvanizados horadados en
sus paredes, los que periódicamente se llenan de una solución salina. Las
sales más comunes son: la sal común, el cloruro de calcio, el sulfato de cobre,
el sulfato de magnesio, etc. Aunque hay que tener en cuenta que el empleo de
electrolitos como la sal marina, el carbonato de sodio o el sulfato de cobre, es
fácil, pero la gran solubilidad de estas sales y su falta de absorción por el suelo
hacen que sean rápidamente arrastradas por las aguas de infiltración y por
tanto, su acción será muy breve. Otro inconveniente de estos electrolitos es su
gran poder de corrosión sobre los electrodos de puesta a tierra y su agresividad
sobre el medio ambiente.
Para evitar los inconvenientes antes mencionados se pueden emplear
electrolitos alcalino-terrosos ionizables naturales, convenientemente tratados y
153
estabilizados, sus solubilidades son muy débiles, y sus soluciones diluidas
reducen de 3 a 30 veces, la resistividad de la porción del suelo tratado. La
reducción de la resistividad es más elevada cuánto mayor es la propia
resistividad del suelo, lo cual es fácilmente concebible puesto que los suelos
peor conductores son los que contienen menos electrolitos en solución, dado el
hecho de su pobreza en sales solubles, su gran macroporosidad o bien su débil
microporosidad.
Es evidente que los suelos rocosos compactos impermeables no pueden ser
mejorados en profundidad, pero los suelos arcillosos impermeables permiten la
difusión de los electrolitos en su masa por diálisis.
En la aplicación de este proceso, se introduce en el suelo una reserva de
electrolitos suficiente para que su disolución completa y su arrastre por las
aguas de infiltración necesite muchos años, durante los cuales la eficacia del
tratamiento se mantiene. Como es fácilmente apreciable, este procedimiento, a
pesar de ser mejor técnicamente, su aplicación en la práctica se dificulta con
respecto a los procedimientos más tradicionales.
De lo antes expuesto se puede concluir que el mejoramiento de las
características conductoras del terreno no presenta una fórmula fija, sino que
es un proceso donde intervienen distintas variantes las cuales sólo son
posibles de solucionar con los conocimientos e ingenio de los tecnólogos.
IV.3. Instalación del sistema de pararrayos.
El impacto de descargas eléctricas atmosféricas en las diferentes instalaciones
puede ocasionar daños irreparables en diferentes equipos que de una forma u
otra pueden ser sometidos a tensiones peligrosas, así como la pérdida de vidas
humanas. Es por ello que es necesario proveerla de un eficiente sistema de
pararrayos. El pararrayo pasivo tipo punta de Franklin es el más indicado para
ser utilizado en condiciones de campaña, debido a su menor complejidad. La
instalación o no de un sistema de protección contra descargas atmosféricas es
una cuestión que debe analizar el responsable técnico. Para ello debe tener en
cuenta varios aspectos de carácter geológicos y climáticos, los cuales podrían
154
ser suministrados por un especialista de la región en donde se prevé emplazar
el campamento.
IV.3.1. Dispositivo de captura.
Los elementos componentes del pararrayo son: punta, cable o bajante,
electrodos y puntos de unión. El dispositivo de captura que utiliza el pararrayos
Franklin es una simple punta la cual tiene que ser ubicada a una altura mayor
que el objetivo que se está protegiendo.
IV.3.2. Bajantes.
Para la instalación de los bajantes con el fin de reducir el riesgo de aparición de
chispas peligrosas, deberá contemplarse:
Que existan varias trayectorias en paralelo para la corriente.
Que la longitud de estas trayectorias se reduzca al mínimo.
Que constituyan, en la medida de lo posible, la prolongación directa de los
conductores del dispositivo de captura.
Como el dispositivo de captura está formado por puntas simples o de Franklin,
un bajante por punta es suficiente.
La distancia entre el bajante y la instalación metálica del espacio a proteger
(conductores y equipos médicos) deberá ser superior a los 3 metros, para
evitar que se afecten con los campos electromagnéticos que se inducen.
IV.3.3. Tomas de tierra.
Con el objetivo de asegurar la dispersión de la corriente de descarga
atmosférica en la tierra sin provocar sobretensiones peligrosas, son más
importantes la disposición y las dimensiones de la toma de tierra que un valor
específico de la resistencia del electrodo de tierra. Aunque en general, es
recomendable el valor más bajo posible de la resistencia del electrodo de
tierra.
155
La mejor solución para implementar una toma de tierra, en una edificación
cualquiera, es una toma de tierra integrada, o sea una misma toma de tierra
donde se conecten todos los circuitos de puesta a tierra. Si esto no es posible,
se debe tener en cuenta que las tomas de tierra que deban estar separadas, se
conectarán a la toma de tierra integrada mediante una conexión equipotencial,
siempre teniendo la precaución de que pueden aparecer serios problemas de
corrosión cuando se interconectan tomas de tierra de diferentes materiales.
La toma de tierra se puede realizar de diferentes formas. A continuación se
muestran 3 variantes de cómo determinar la resistencia de toma a tierra. La
decisión de cuál de estas variantes se va a implementar esta influida ,como se
puede observar, por la resistividad del terreno y la facilidad que exista para
obtener uno u otro material.
Conductores horizontales.
La primera variante es la utilización de conductores desnudos enterrados
horizontalmente, de cobre de 35 mm2 de sección, o de acero galvanizado de 95
mm2 de sección, como mínimo. Ésta puede resultar una manera económica de
obtener una buena toma de tierra. El conductor que sea utilizado, debe tener la
longitud necesaria para obtener la resistencia de la toma a tierra que se busca;
en caso de que el conductor resulte muy largo, lo cual sería engorroso a la hora
de enterrarlo, éste puede ser cortado, formando conductores menores los que
pueden ser enterrado de la forma que muestra la figura 4-1.
Figura 4-1. Conductor muy largo que se secciona para enterrarlo.
En estos casos la resistencia de la toma de tierra obtenida resultará ser:
156
L2R
Donde:
R: Resistencia de la toma de tierra.
: Resistividad del terreno.
L: Longitud del cable enterrado.
Placas.
Otra forma podría ser la utilización de placas enterradas. Esta es una manera de
obtener buena toma de tierra. Pletinas de cobre de como mínimo 35 mm2 de
sección y 2 mm de espesor, o pletinas de acero dulce galvanizado de como
mínimo 100 mm2 de sección y 3 mm de espesor, son los electrodos más
corrientemente utilizados.
Figura 4-2. Utilización de placas enterradas.
Las fórmulas a utilizar son:
P n80R
, Para placas enterradas profundas.
P n61R
, Para placas enterradas superficiales.
Donde:
R: Resistencia de la toma de tierra.
: Resistividad del terreno.
157
n: Número de placas enterradas.
P: Perímetro de las placas utilizadas.
Con el fin de evitar influencias entre placas, éstas deberán estar separadas 3
m, como mínimo.
Picas verticales.
El método de las picas verticales puede ser implementado mediante barras de
cobre o de acero de 14 mm de diámetro como mínimo o barras de acero
recubiertas de una capa protectora exterior de cobre de espesor apropiado.
Figura 4-3. Utilización de picas verticales enterradas.
La resistencia de toma de tierra se calcula mediante la siguiente expresión:
L nKR
Donde:
R: Resistencia de la toma de tierra.
: Coeficiente de resistividad del terreno.
L: Longitud de cada pica.
n: Número de picas utilizadas.
K: Coeficiente que depende de la relación (D/L), (D separación entre picas y L
longitud
158
de la pica).
El valor de K puede obtenerse de la siguiente tabla:
Nº de picas
K = D / L (Separación entre picas/longitud de las
picas)
0,5 1 1,5 2 3 ó más
1 1 1 1 1 1
2 1,38 1,20 1,10 1,06 1,04
3 en línea 1,5 1,29 1,16 1,10 1,06
3 en triángulo 1,66 1,35 1,21 1,15 1,09
4 en línea 1,79 1,43 1,25 1,17 1,11
4 en cuadro 1,95 1,52 1,29 1,20 1,15
Tabla 4-4. Valores del coeficiente K.
Especificaciones generales.
En cualquiera de las tres variantes se tiene que asegurar que el valor de la
toma de tierra, aislada de todo elemento de naturaleza conductora, sea inferior
a los 10 ohms y se instale fuera del espacio a proteger, a una profundidad de
0,5 m como mínimo, y distribuidos uniformemente. Además se realizará una
toma de tierra por cada bajante que exista de pararrayo.
También se debe tener en cuenta que los sistemas de captura y los bajantes
tienen que fijarse firmemente, para que las fuerzas electrodinámicas o
esfuerzos mecánicos accidentales no hagan que los conductores se rompan o
se suelten. Con este mismo propósito el número de uniones a lo largo de un
conductor deberá reducirse, asegurándose la solidez de las uniones mediante
soldadura o atornillado
Cuando se ponga en práctica la instalación del sistema de pararrayo se tienen
que tener en cuenta todas las especificaciones anteriores, además si las
instalaciones a proteger están confeccionadas con algún material inflamable el
pararrayo se debe separar de ésta.
IV.3.4. Determinación de la zona de protección.
159
Para la determinación de la zona de protección lo primero que se necesita es el
número promedio de tormentas al año (nd). Este valor debe ser proporcionado
por alguna institución especializada en esta función, que radique en la región
en donde se emplazará el campamento médico. Con este dato se prosigue
buscando en la siguiente tabla, el número promedio de descargas eléctricas
atmosféricas por km2 de superficie terrestre (n).
Intensidad promedio de días de tormenta por año (nd)
Número promedio de descargas eléctricas
atmosféricas por km2 de superficie (n)
Hasta 30 1
Más de 30 hasta 50 3
Más de 50 hasta 70 6
Más de 70 hasta 90 9
Más de 90 12
Tabla 4-5. Descargas eléctricas atmosféricas.
Luego de obtenido el valor n se pasa al cálculo de N, mediante la siguiente
expresión:
N = (S + 6 hx) * (L + 6 hx) * n * 10-6
Donde:
N: Probabilidad de impactos directos de descargas eléctricas atmosféricas en
una edificación no protegida.
S: Ancho de la edificación.
L: Largo de la edificación.
hx: Altura de la edificación.
Si N > 2, la zona de protección es una zona tipo A que requiere un grado de
protección igual o mayor que el 99.5%.
En el caso que N ≤ 2, entonces se trata de una zona tipo B que requiere un
grado de protección del 95 al 99.5%.
160
Si por algún motivo se imposibilita la obtención del valor de nd entonces se
considerará la zona de protección tipo A, para una mayor seguridad de todo el
personal y el equipamiento.
Zona A. Zona B
Hh 85,00 Hh 92,00
HHr 1,10 Hr 5,10
85,002,01,1 x
x
hHHr
92,05,1 x
x
hHr
v = H - hx v = H - hx
Tabla 4-6. Zonas de protección.
Donde:
H: Altura a la que se encuentra el dispositivo de captura con respecto al suelo.
h0: Altura del cono de protección.
r0: Radio de protección del pararrayos sobre el nivel del suelo.
rX: Radio de protección del pararrayos sobre la estructura.
v : Altura que hay desde la parte superior del objetivo a proteger hasta el
dispositivo de captura.
Vea figura 4-4.
De esta tabla, se obtiene el radio de protección (rX) para cada mástil, a partir de
las dimensiones de cada objeto de obra, la altura del pararrayo H y la zona de
protección, según N.
En condiciones excepcionales tal vez el sistema de pararrayos no se pueda
construir con los valores que se derivan de estos cálculos, pero el ingeniero,
basándose en ellos, deberá hacer un análisis para crear su diseño.
161
Figura 4-4. Área de protección del pararrayos de Franklin
IV.3.5. Determinación de las dimensiones de los pararrayos.
A continuación se muestra una forma práctica de determinar la altura a la que
se debe colocar el pararrayo y la cantidad de mástiles necesarios.
Cantidad de mástiles.
Primero se determinan las dimensiones del objetivo a proteger:
Longitud (L)
Ancho (S)
Altura (hx)
Después se pasa a realizar los cálculos pertinentes:
H = hx + v
Donde:
H: Altura a la que se encuentra el dispositivo de captura con respecto al suelo.
v: Altura que hay desde la parte superior del objetivo a proteger hasta el
dispositivo de
162
captura.
De 3 a 6 metros es el rango de longitud que debe tener v, ya que un valor
mayor se dificultaría mucho asegurar el pararrayo y uno menor se obtendría un
área de protección muy pequeña.
Se debe cumplir que L ≥ 1.5 H.
El número total de mástiles será:
Total de mástiles = A* B
Donde:
A: Número de mástiles según el ancho (S / rxc).
B: Número de mástiles según la longitud (L / rxc).
rxc= ro * (hc - hx) / hx
hc = ho - 0.14 (L - 1.5 H)
IV.3.6. Equipotencialidad del sistema.
Después de haber culminado la instalación del sistema de pararrayos se tiene
que conseguir una equipotencialidad uniendo todas las tomas de tierra y masas
metálicas existentes de un mismo sistema de puesta a tierra. La
equipotencialidad reduce el peligro de incendio, explosión y el riesgo de muerte
en el espacio a proteger, es por eso que este paso se considera de vital
importancia.
IV.4. Regímenes de neutro.
Desde que el hombre comenzó a desarrollar la transmisión y distribución de la
energía eléctrica se sucedieron diferentes tipos de accidentes, los cuales
fueron aumentando en número y peligrosidad a medida que se expandían más
las redes eléctricas. Los accidentes eléctricos pueden ocurrir por contactos
directos o indirectos, siendo de vital importancia evitarlos. Los contactos
directos se limitan aislando las partes activas o alejándolas del alcance de las
personas. Para limitar los efectos de un contacto indirecto se han diseñado
diferentes esquemas de puesta a tierra o como también son llamados,
regímenes de neutro.
163
En la actualidad existen tres regímenes de neutro, los cuales fueron el
resultado de una larga evolución en busca de una mejor protección para las
personas y los bienes. Los esquemas de conexión a tierra utilizados son:
la puesta a neutro TN
la puesta a tierra TT
el neutro aislado IT
Estos tres esquemas se consideran equivalentes en cuanto a la protección de
las personas frente a contactos indirectos, o sea, ellos están diseñados para
controlar los efectos de un defecto de aislamiento. Las principales diferencias
de estos esquemas consisten en el mantenimiento de la instalación y la
disponibilidad de la energía. Por lo que se hace necesario ante la instalación de
cualquier red eléctrica de baja tensión un detallado análisis de las ventajas y
desventajas de cada uno de los esquemas de conexión.
IV.4.1. Riesgos presentes en una deficiente puesta a tierra.
El primer y más importante riesgo es el contacto indirecto por parte de una
persona, el cual se puede originar por causa de una falla de aislamiento. Los
defectos de aislamiento se producen por el deterioro mecánico del aislamiento,
durante la instalación del equipamiento, o por el envejecimiento del aislamiento,
debido al calentamiento. Estos defectos pueden poner en peligro la vida de los
operarios de los equipos, es por esto que en baja tensión se designa una
tensión límite de contacto, durante un tiempo determinado. En el caso que la
tensión de contacto sea mayor que la tensión límite se tiene que reducir la
duración de la aplicación de la tensión de defecto mediante dispositivos de
protección.
Otro riesgo que se corre en una instalación eléctrica es el de incendio, el cual
se materializa debido al calentamiento puntual de un dispositivo o a la
existencia de un arco eléctrico por causa de un defecto de aislamiento.
Pruebas realizadas han demostrado que solo se necesita una falla de corriente
de 500 mA, para que se produzca un incendio. Este peligro se debe tener muy
en cuenta a la hora de diseñar un sistema de conexión a tierra para un
164
campamento, ya que en éste, las instalaciones están confeccionadas con
materiales combustibles.
La disponibilidad de energía es un aspecto esencial a considerar en el
momento de seccionar un esquema de protección de tierra, ya que la pérdida
de fluido eléctrico puede significar, en determinadas instalaciones, la pérdida
de la vida o un riesgo económico de consideración por la pérdida de la
producción. Ejemplo de esto son los hospitales y las industrias de procesos
continuos.
IV.4.2. Esquemas de conexión a tierra.
Los esquemas de conexión se identifican mediante las siguientes
nomenclaturas:
TN: significa que el neutro esta aterrado y las masas están conectadas al
neutro.
TT: en este esquema tanto el neutro como las masas están conectados a
tierra.
IT: en este caso el neutro esta aislado de tierra (flotante) y las masas están
conectadas a tierra.
A continuación se brinda una explicación donde se resumen las características
de los distintos esquemas de conexión.
Esquema IT.
El esquema IT fue el primero que se utilizó en los sistemas de distribución,
pero los inconveniente que presenta ante la aparición del segundo defecto han
provocado que se limite su implementación a lugares específicos. En este
esquema el neutro no se conecta físicamente a tierra, aunque en la práctica el
neutro se encuentra conectado a tierra a través de las capacidades parásitas
de la red.
Para la protección del personal, ante un defecto de aislamiento, se conectan
todas las masas metálicas a tierra.
En este esquema, si ocurre una falla a tierra aparece una pequeña corriente de
filtración a través de las capacidades parásitas de la red. Como esta corriente
es pequeña la diferencia de potencial que aparece en las tomas de tierra es
165
muy baja, por lo que no ofrece peligro para la vida. Como se puede deducir,
ante una primera falla se continúa sirviendo energía, aunque se hace necesario
la localización de esta y su posterior solución para evitar que ante la aparición
de una segunda falla el sistema salga completamente de servicio, además de
los riesgos que representa ésta para la vida así como para los diferentes
bienes. Esta peculiaridad hace que este esquema sea el más empleado en
lugares como hospitales, donde la disponibilidad de energía es de vital
importancia, teniéndose siempre en cuenta que debe existir en la instalación un
personal calificado capaz de localizar y dar solución a las diferentes fallas en
un periodo corto de tiempo.
Figura 4-5. Primera falla, en un esquema IT.
El gran inconveniente de este esquema es la segunda falla, debido a que
cuando ocurre ésta y no se le ha dado solución a la primera, el esquema se
comporta como un TN, en el que no se tiene la posibilidad de limitar la corriente
de falla. Es por ello que el sistema de puesta a tierra IT se debe emplear en
redes no muy largas, para disminuir la probabilidad de aparición de fallas.
166
Figura 4-6. Segundo defecto en un esquema IT.
Para la determinación de la corriente de falla se pueden utilizar las expresiones
siguientes:
FOd CUkI 1
(Neutro aislado)
Si se conecta entre el neutro y tierra una impedancia con el objetivo de fijar el
potencial de la red con respecto a tierra, esto se recomienda en instalaciones
cortas donde se trabaje con redes de distribución de datos, entonces la
corriente de falla se calcula de la siguiente forma:
n
fn
OdZ
CJZUI
311
Donde:
Uo: Tensión de la red.
Cf: Capacitancia de falla de los conductores (este valor debe ser proporcionado
por el fabricante; en caso de no tenerse el dato, se puede suponer un valor
lógico, por ejemplo un quirófano 0,3µF).
k: Coeficiente de valor 4 si el neutro esta distribuido o valor 3 si éste no se
distribuye.
Zn: Impedancia que se conecta entre neutro y tierra (generalmente entre 1 y 2
kΏ).
w: Velocidad angular (para 60 Hz 377 rad/seg).
167
En ambos casos la corriente de falla tiene valores que no ofrecen peligro para
la vida por lo que al realizar una instalación del esquema IT lo que realmente
interesa son los valores de la corriente de falla del segundo defecto. En este
caso la corriente de falla y la longitud, a la cual se le ofrece protección, para
una falla localizada entre una fase y el neutro se pueden calcular de la
siguiente forma:
Lm
SUI
f
d)1(2
8.0 0
2
a
fo
máxIm
SUL
)1(2
8.0
cp
f
S
Sm
Para determinar estos mismos valores pero de una falla fase-fase se
multiplican los valores obtenidos por las expresiones anteriores por la raíz de 3.
Donde:
Sf: Sección de la fase.
Scp: Sección del conductor protector (conductor PE en la figura 4-6.).
ρ: Conductividad del metal para la temperatura de trabajo.
L: Longitud del circuito al cual se le quiere dar protección.
Ia: Corriente de ajuste de las protecciones.
Con el objetivo de limpiar la segunda falla se utilizan protecciones diferenciales,
las que se ajustan tal que Ia sea menor que Id.
En la implementación del esquema IT hay que tener en cuenta que entre las
cargas que se servirán no se encuentren equipos que trabajen con arco
eléctrico (hornos y plantas de soldar) debido a que estas cargas poseen una
baja resistencia de aislamiento.
Esquema TN.
En el esquema TN el neutro se encuentra conectado a tierra y las masas se
conectan al neutro. A la hora de implementar el esquema TN se debe tener la
168
previsión de que en el esquema una falla de aislamiento conlleva a la aparición
de un cortocircuito lo que podría provocar un incendio, esto hace que el
sistema de puesta a tierra TN no sea recomendado para ser utilizado en
lugares donde existan productos inflamables y está prohibido, en algunos
países, su utilización en lugares determinados, por ejemplo los quirófanos.
En la práctica el esquema TN se puede implementar de dos formas, las
llamadas, TN-C y TN-S. La TN–C se basa en la conexión de las partes
metálicas de los equipos directamente al neutro. Esta variante es más barata,
ya que se evita la instalación de un conductor, pero a la vez es más insegura
por lo que no se puede aplicar en lugares con riesgo de incendios. Además se
recomienda que no se utilice esta variante en locales donde existan redes
informáticas u otros sistemas de transmisión de información, ya que la
circulación de corriente por el neutro hace variar las referencias de potencial y
se prohibe su utilización cuando la sección de los conductores activos es
210mm (cobre).
Figura 4-7. Esquema TN-C.
Para la utilización de la variante TN-S se necesita correr un conductor, de
forma tal que todas las partes metálicas se conecten físicamente a él. El
conductor de tierra es aterrado, conjuntamente con el neutro al inicio de la
instalación, en este caso en la salida del generador. Esta variante es más cara
que la anterior, pero a la vez más segura. Con el objetivo de hacer esta
variante más eficiente se puede realizar la conexión a tierra a través de una
impedancia que limite la corriente de falla. Para evitar el efecto de bucle
169
emisor, o sea disminuir la contaminación electromagnética, el conductor de
tierra debe estar lo más cerca posible de los conductores activos; esta
aclaración es también válida para el esquema TT.
Figura 4-8. Esquema TN-S.
Para poner en práctica este esquema se hace necesario calcular la corriente de
falla (Id) y la longitud máxima (Lmáx) a la cual se va a ofrecer protección
después del ajuste de corriente.
Id y L máx se determinan en este caso mediante las expresiones siguientes:
CPF
dRR
UI
08.0
o Lm
SUI F
d)1(
8.0 0
según los datos que se tengan.
Scp
Sm
f
a
f
máxIm
SUL
)1(
8.0 0
Donde:
Uo: Tensión entre la fase y el neutro.
170
Rf: Resistencia del conductor de la fase.
Rcp: Resistencia del conductor protector (conductor PE).
Sf: Sección del conductor de fase.
Scp: Sección del conductor protector (conductor PE).
L: Longitud de la porción del circuito a la cual se le quiere brindar protección
(en metros).
ρ: Conductividad del material a la temperatura de trabajo.
Luego de calculado Id se pasa a ajustar la protección de modo tal que Ia sea
menor que la Id. Para la desconexión, en caso de falla, en este esquema se
recomienda utilizar fusibles o interruptores automáticos.
Esquema TT.
En el esquema TT, tanto el neutro como las masas de los receptores eléctricos
van puestos a tierra, pero en lugares diferentes. En este esquema las tomas a
tierra se hacen a través de impedancias o se aprovecha la impedancia del
suelo, con el objetivo de limitar la corriente de falla. Para la detección de la falla
se instalan protecciones diferenciales las cuales se ajustan para una corriente
de disparo (Is) tal, que operen cuando la tensión de paso iguale la tensión
límite. En este sistema de puesta a tierra las corrientes de falla son mucho
menores a la del TN y a la segunda falla en el IT, por lo que se utiliza en
lugares donde halla peligro de incendio o se quiera evitar el desgaste de los
materiales así como las perturbaciones electromagnéticas. Además, el
esquema TT es el más indicado cuando se trata de buscar una excelente
equipotencialidad entre todos los equipos.
171
Figura 4-9. Esquema TT.
Un modo sencillo de determinar la corriente de falla es:
mn
O
dRR
UI
m
l
SR
UI
Donde:
Uo: Tensión de la red.
Ul: Tensión límite (por lo general valores inferiores a los 25 V).
Rn: Resistencia de puesta a tierra del neutro.
Rm: Resistencia de puesta a tierra de las masas.
SI : Corriente de disparo a la cual se ajustan las protecciones.
Especificaciones generales.
En sistemas en los que se empleen protecciones diferenciales con un bajo
umbral de corriente (36mA) no se recomienda alimentar más de tres
ordenadores con una misma protección diferencial.
Nota 1: En todas las expresiones anteriores se desprecia la resistencia de falla.
172
Nota 2: Ninguno de los métodos de cálculos, que se explican, son exactos
cuando la generación se realiza con grupos electrógenos. Debido a
que durante la falla, la tensión en el grupo electrógeno baja a valores
muy inferiores, con respecto al nominal, ya que la impedancia del
generador es alta con respecto a la impedancia de la red que alimenta.
En este caso se hace necesario emplear métodos de cálculos más
exactos. Estos métodos de cálculo, que han sido explicados, se
pueden utilizar cuando exista la posibilidad de suministrar la energía
eléctrica de la instalación hospitalaria, o de una porción de esta, desde
las redes de distribución.
IV.4.3. Esquema de conexión según el dispositivo transferencial.
Puede que exista la necesidad de conectar el grupo electrógeno de forma tal
que sea un respaldo en caso de que la red falle, También se pueden instalar
dos grupos y transferir la carga de uno a otro, cuando sea necesario.
Esto se puede hacer mediante desconectivos de doble tiro y a través de
dispositivos transferenciales.
Los dispositivos transferenciales pueden ser de tres polos o cuatro polos. Un
dispositivo transferencial de tres polos solo da la posibilidad de conmutar las
tres fases, por lo que el neutro como la tierra física deben ir conectados a una
barra, donde se conectarán el neutro del sistema al neutro del grupo
electrógeno y desde la barra se pasa a servir la carga, en esa misma forma se
conectarán las tierras físicas. Este transferencial de tres polos tiene como
inconveniente que en ningún momento el grupo electrógeno trabaja aislado de
la red. Esto puede propiciar que el grupo sea afectado por cualquier falla que
ocurra en la red. Con el objetivo de prevenir este tipo de afectaciones se han
implementado transferenciales de cuatro polos, los que dan la posibilidad de
aislar el neutro del grupo del de la red.
En el caso de que el grupo sea utilizado para brindar una generación aislada,
no es necesario analizar las características del dispositivo transferencial.
IV.4.4. Como operar un esquema de conexión IT.
Como se explica en la sección 4.2, el esquema de conexión IT es el más
recomendable cuando se debe brindar un servicio continuo; pero presenta el
173
riesgo de la segunda falla, por lo que se hace necesaria la presencia,
permanente, de un técnico especializado. Dicho técnico tiene que ser capaz de
determinar la existencia y posterior ubicación de la primera falla. Con este
propósito se brinda a continuación una explicación de cómo se pueden realizar
estas tareas en condiciones de campaña.
Lo primero que se debe hacer es establecer un control del aislamiento, lo que
es posible realizar de varias formas. La más sencilla es conectar entre cada
fase y tierra una luminaria incandescente, de forma tal que mientras el sistema
se encuentre trabajando sin fallas, las tres luminarias estén encendidas con
igual intensidad luminosa.
En el momento en que aparezca la falla, la luminaria que esta conectada entre
la fase fallada y tierra disminuye su intensidad luminosa con respecto a las
demás, debido a que se encuentra cortocircuitada a través de la impedancia de
falla. Esta forma de control se utilizó mucho en los primeros tiempos de
implementación del esquema IT, pero quedó relegada debido a su
imposibilidad de establecer un control permanente del aislamiento.
Una forma de detectar la falla antes de que ocurra es la medición del
aislamiento mediante la inyección de corriente continua. Para la realización de
este método se conectan entre el neutro y la toma de tierra del conductor
protector, en serie, una fuente de corriente continua y una resistencia, a la que
se le conecta un voltímetro. De este modo la fuente de corriente directa
inyectará una pequeña intensidad de corriente, nunca mayor que 1 mA, la cual
atravesará el defecto y provocará una caída de tensión en la resistencia, la que
es detectada por el voltímetro. El principal inconveniente de este método es
que no permite detectar la ubicación del defecto, por lo que ha sido sustituido,
paulatinamente, por controladores permanentes de aislamiento que inyectan
corriente alterna de baja frecuencia, los que cuentan con dispositivos
electrónicos complejos, lo que dificulta su implementación en condiciones de
campaña.
En la búsqueda de la primera falla, también se pueden implementar diferentes
métodos, el más sencillo es el de ir desconectando las cargas una a una de
forma que al desconectar la carga fallada desaparezca la indicación de falla.
Este método se debe emplear cuando no se cuente con ninguna otra
174
posibilidad ya que en él se pierde la esencia del esquema IT que es la
continuidad del servicio. En la búsqueda de la falla, se creó un método que
utiliza la tensión para detectar ésta. En esta variante lo que se hace es medir la
corriente de todas las derivaciones a tierra y la que dé mayor, es la del
elemento fallado. El principal inconveniente de este método es que no se
puede aplicar en redes de baja capacitancia, debido a que en ellas las
corrientes de fallas son imperceptibles. Para contrarrestar esto se puede
conectar, momentáneamente, en paralelo con el controlador de aislamiento una
impedancia de bajo valor que aumente la corriente de defecto hasta hacerla
detectable a los instrumentos de medición.
La utilización de los métodos antes explicados solo se justifica en condiciones
excepcionales, en las cuales no se pueden adquirir modernas tecnologías,
capaces de realizar esta misma función pero con un mayor grado de seguridad
y eficiencia.
IV.4.5. Los esquemas de conexión en las instalaciones hospitalarias.
En una instalación hospitalaria los esquemas de conexión deben
implementarse siguiendo todas las normas establecidas, ya que de esto
dependen las vidas de los pacientes. El esquema IT es de obligatoria utilización
en los quirófanos, para así poder brindar un servicio continuo de energía
eléctrica. Para asegurar un efectivo funcionamiento de este esquema de
conexión, se tiene que diseñar de forma tal que la máxima corriente de fuga
del circuito, con todas las cargas desconectadas, no supere los 600
microamperes. Esta norma limita mucho la longitud de los circuitos IT (22 m),
por lo que en las instalaciones hospitalarias se hace necesario llegar hasta el
punto donde se va a implementar el esquema IT con un esquema TT o TN. La
conexión entre un esquema aislado y un esquema TT o TN se realiza a través
de transformadores monofásicos de aislamiento los cuales no deben
sobrepasar los 10 kVA.
Los transformadores de aislamiento deben ser diseñados de forma tal que en
funcionamiento su temperatura no supere los 75 ºC. Además tienen que estar
dotados de un blindaje electrostático entre los devanados primario y secundario
175
para lograr un aislamiento de la sala de operaciones con respecto al sistema.
En vacío, su corriente de fuga no puede exceder los 0.5 mA y no pueden estar
provistos de protecciones de sobrecarga tanto por el secundario como por el
primario, en su defecto, se deben utilizar fusibles que protejan contra el
cortocircuito
IV.4.6. Selección de un esquema de conexión.
Haciendo un análisis de todo el contenido de este epígrafe se puede llegar a la
conclusión de que para una instalación hospitalaria el esquema de conexión
ideal es el IT debido a que ofrece una mejor continuidad del servicio. En
condiciones de campaña este esquema requiere de, al menos, un técnico; el
cual cuente con todas las condiciones necesarias para detectar y solucionar la
primera falla que ocurra, en un tiempo relativamente corto. La implementación
de este esquema no se recomienda cuando el circuito eléctrico supera los 22
m, por lo que se hace necesaria la combinación del esquema IT con otro
esquema de conexión, para poder utilizar este esquema en los lugares donde
sea imprescindible.
Siempre que se pueda, se debe implementar el esquema IT pero en caso de
éste no ser posible se tiene que elegir entre un esquema TT o uno TN-S. La
elección más recomendable, si se analiza equipotencialidad, riesgo de incendio
y contaminación electromagnética sería el esquema TT, pero este posee una
gran desventaja con respecto al TN-S cuando se analizan las protecciones que
requieren cada uno de los sistemas de conexión. El esquema TT necesita de
protecciones diferenciales, las que deben trabajar con el menor desbalance
posible entre las fases del circuito, además de necesitar transformadores de
corriente, lo que encarece el sistema de protección .Como se puede apreciar,
un sistema de protecciones para un esquema TT, además de ser más caro, es
mucho más difícil de implementar, así como de adquirir en condiciones de
campaña.
Por estas razones, es recomendable en instalaciones hospitalarias de campaña
la utilización del esquema de conexión TN-S, acompañado del esquema IT en
los lugares que así lo requieran. Este esquema es mucho más fácil de
construir y en su diseño pueden ser minimizados sus principales
inconvenientes, como son el riesgo de incendio y la contaminación
176
electromagnética. Además de poseer un sistema de protección más sencillo
que lo hace mucho más operable.
IV.5. Puesta a tierra de protección.
En nuestro país la puesta a tierra de protección no se realiza en la mayoría de
las edificaciones, solo en aquellas donde su utilización sea obligatoria. La
costumbre de cortar el terminal de tierra de los equipos se ha generalizado
como solución al problema de la inexistencia de una instalación eléctrica
moderna. En las instalaciones hospitalarias la puesta a tierra para protección
es obligatoria y en ella deben estar comprendidos todos los equipos eléctricos.
IV.5.1. Puesta a tierra.
La puesta a tierra comprende toda la ligazón metálica directa sin fusible ni
protección alguna, con una sección adecuada, entre determinados elementos o
partes de una instalación y un electrodo, o grupo de electrodos, enterrados en
el suelo, con objetivo de conseguir que entre el conjunto de instalaciones,
edificios y superficie próxima del terreno no existan diferencias de potencial
peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de
falla o la descarga de origen atmosférico.
La ejecución de una puesta a tierra está compuesta de diferentes partes, las
cuales son:
Toma de tierra.
Línea principal de tierra.
Derivaciones de la línea principal de tierra.
Conductores de protección.
La toma de tierra esta compuesta por él o los electrodos, la línea de enlace con
tierra y el punto de puesta a tierra. En una instalación de puesta a tierra la toma
de tierra tiene la responsabilidad de drenar a tierra las corrientes de falla, es
por esto que una buena toma de tierra debe tener la menor resistencia posible.
Para ello se hace necesario que los electrodos tengan un buen contacto con el
suelo y que sean de materiales poco corrosivos con buena conductividad.
Además las instalaciones que lo precisen, tienen que disponer de un número
177
suficiente de puntos de puesta a tierra, convenientemente distribuidos, que
estarán conectados al mismo electrodo o conjunto de electrodos.
Después de haber realizado la toma de tierra se debe instalar la línea principal
de tierra la que está formada por conductores que parten del punto de puesta a
tierra, y a la cual se conectan las derivaciones necesarias para la puesta a
tierra de las masas, generalmente a través de los conductores de protección.
En la ejecución de una puesta a tierra los circuitos de puesta a tierra deben
formar una línea eléctricamente continua en la que no podrá incluirse en serie
ni masas ni elementos metálicos, cualquiera que sean éstos. Además, siempre
la conexión de las masas y los elementos metálicos al circuito de puesta a
tierra, se efectúa por derivaciones desde éste. Esto se realiza con el objetivo de
evitar la circulación de corrientes de falla por las masas metálicas de los
distintos equipos, lo que provocaría un funcionamiento defectuoso del
equipamiento y por consiguiente una baja confiabilidad de los resultados que
de ellos se obtienen o en el peor de los casos, un diagnostico erróneo.
IV.5.2. Tipos de electrodos.
Con el propósito de asegurar una buena puesta a tierra, los electrodos que se
utilizan deben ser de metales inalterables a la humedad y a la acción química
del terreno, tal como el cobre, el hierro galvanizado, hierro sin galvanizar con
protección catódica o fundición de hierro. Para este último tipo de electrodos,
las secciones mínimas tienen que ser el doble de las secciones mínimas que
se indican para los electrodos de hierro galvanizados. En cuanto a la sección
de un electrodo, ésta no debe ser inferior a ¼ de la sección del conductor que
constituye la línea principal de tierra.
En la sección 3.3, que explica como realizar la conexión a tierra de los
pararrayos, ya se abordó cuáles son las configuraciones de los distintos tipos
de electrodos, por lo que a continuación se pondrá mayor énfasis en ofrecer
datos acerca de las dimensiones físicas de los distintos tipos de electrodos y
las normas para su instalación.
Placas enterradas.
Las placas de cobre no pueden tener un espesor menor de 2 mm y las de
hierro galvanizado de 2.5 mm. En ningún caso la superficie útil de la placa debe
178
ser inferior a 0.5 m2. Su colocación en el terreno en posición vertical y en el
caso en que sea necesaria la colocación de varias placas, se separará unos 3
metros unas de otras.
Picas verticales.
Las picas verticales pueden ser confeccionadas de las siguientes formas:
Por tubos de acero galvanizado de 25 mm de diámetro exterior, como
mínimo.
Por perfiles de acero dulce galvanizado de 60 mm de largo, como mínimo.
Con barras de cobre o de acero de 14 mm de diámetro como mínimo. Las
barras de acero tiene que estar recubiertas de una capa protectora exterior
de cobre de espesor apropiado.
Las longitudes mínimas de estos electrodos no pueden ser inferiores a 2 m. Si
son necesarias dos picas conectadas en paralelo con el fin de conseguir una
resistencia de tierra admisible, la separación entre ellas es recomendable que
sea igual, por lo menos, a la longitud enterrada de las mismas, si son
necesarias varias picas conectadas en paralelo, la separación entre ellas debe
ser mayor que en el caso anterior.
Conductores enterrados horizontalmente.
Estos conductores pueden ser:
Conductores o cables de cobre desnudo de 35 mm2 de sección, como
mínimo.
Platinas de cobre de, como mínimo, 35 mm2 de sección y 2 mm de espesor.
Platinas de acero dulce galvanizado de, como mínimo, 100 mm2 de sección
y 3 mm de espesor.
Cables de acero galvanizado de 95 mm2 de sección, como mínimo. El
empleo de cables formado por alambres menores de 2.5 mm de diámetro
está prohibido.
Alambres de acero, como mínimo, 20 mm2 de sección, cubiertos con una
capa de cobre de 6 mm2 como mínimo.
179
Los electrodos deben estar enterrados a una profundidad que impida que sean
afectados por las labores del terreno y por las heladas y nunca a menos de 50
cm. No obstante, si la capa superficial del terreno tiene una resistividad
pequeña y las capas más profundas son de elevada resistividad, la profundidad
de los electrodos puede reducirse a 30 cm.
El terreno debe estar tan húmedo como sea posible y preferentemente tierra
vegetal, prohibiéndose constituir los electrodos por picas metálicas
simplemente sumergidas en agua. Se ha de hacer lo posible por enterrarlos a
suficiente distancia de los depósitos o infiltraciones que puedan atacarlos, y si
es posible, fuera de los pasos de personas y vehículos.
IV.5.3. Línea principal de tierra.
Los conductores que constituyen las líneas de enlace con tierra, las líneas
principales de tierra y sus derivaciones, tienen que ser de cobre o de otro metal
de alto punto de fusión y su sección debe ser ampliamente dimensionada de tal
forma que cumpla las condiciones siguientes:
La máxima corriente de falla que pueda producirse en cualquier punto de la
instalación, no debe originar en el conductor una temperatura cercana a la
de fusión ni poner en peligro los empalmes o conexiones en el tiempo
máximo previsible de duración de la falla, el cual sólo podrá ser considerado
como menor de dos segundos en los casos justificados por las
características de los dispositivos de corte utilizados.
De cualquier forma los conductores no pueden ser, en ningún caso, de
menos de 16 mm2 de sección para las líneas principales de tierra ni de 35
mm2 para las líneas de enlace con tierra, si son de cobre. Para otros
metales o combinaciones de ellos, la sección mínima será aquella que
tenga la misma conductancia que un cable de cobre de 16 mm2 o 35 mm2
según el caso.
El recorrido de estos conductores será lo más corto posible y sin cambios
bruscos de dirección. No estarán sometidos a esfuerzos y estarán protegidos
contra la corrosión y desgaste mecánico.
180
IV.5.4. Conexión de las masas metálicas.
Los conductores de los circuitos de tierra se instalarán de forma tal que tengan
un buen contacto eléctrico tanto con las partes metálicas y masas que se
desean poner a tierra como con el electrodo. A estos efectos se dispone que
las conexiones de los conductores de los circuitos de tierra con las partes
metálicas y con los electrodos se efectúen con todo cuidado por medio de
piezas de empalme adecuadas, asegurando las superficies de contacto de
forma que la conexión sea efectiva, por medio de tornillos, elementos de
compresión, remaches o soldadura de alto punto de fusión. Se prohíbe el
empleo de soldaduras de bajo punto de fusión, tales como estaño, plata, etc.
Los contactos deben disponerse limpios, sin humedad y en forma tal que no
sea fácil que la acción del tiempo destruya, por efectos electroquímicos, las
conexiones efectuadas. A este fin, y procurando siempre que la resistencia de
los contactos no sea elevada, se protegerán éstos en forma adecuada con
envolventes o pastas, si ello se estimase conveniente.
IV.5.5. Aspectos generales.
Lograr que la puesta a tierra sea eléctricamente independiente es de vital
importancia, en una instalación hospitalaria para la seguridad, tanto de los
pacientes como de los operarios de los equipos. Esto se puede realizar
evitando conectar las tomas de tierra a elementos metálicos que puedan estar
conectados con otras puestas a tierra y separando la toma de tierra de otras al
menos 15 m De no ser posible esto último, las distintas tomas de tierra se
tienen que interconectar a través de inductancias. La independencia eléctrica
toma una importancia mayor si entre los elementos que se prevean conectar a
tierra se encuentra la mesa de operaciones del quirófano, si es necesario en
este caso, se debe realizar una puesta a tierra independiente para la mesa
donde se recomienda utilizar, como electrodo, una malla con el objetivo de
obtener la menor resistencia de puesta a tierra posible.
Hay otros requerimientos que tienen que estar presentes en una buena puesta
a tierra, los cuales no pueden ser violados como son:
En ninguna posición del circuito de puesta a tierra puede ser instalado algún
dispositivo que sea capaz de interrumpir el circuito o alguna porción de este.
181
Se debe evitar realizar la toma de tierra cerca de lugares con riesgo de
incendio como podrían ser conductos de gas, depósitos de combustibles u
otros materiales altamente inflamables.
Se tiene que lograr una equipotencialidad entre todas la tomas de una
misma puesta a tierra.
La resistencia de los conductores incluida la resistencia de las conexiones
de éstos con los tomacorrientes y el equipo, no puede exceder los 0.2 Ώ,
esta es una especificación para locales médicos.
La calidad de una puesta a tierra depende, esencialmente, del cuidado, de la
responsabilidad que se asuma en su realización por parte de los técnicos y del
cumplimiento de todas las normas antes mencionadas.
IV.6. Ejemplo práctico de cómo implementar un sistema de protección
contra sobre tensiones.
Una vez analizado todos los aspectos teóricos que influyen en la elaboración
de un sistema de puesta a tierra eficiente, el siguiente paso a seguir es llevar
todo este cúmulo de información a la práctica.
En los hospitales de campaña que fueron montados en Pakistán, el sistema de
puesta a tierra escogido, se implementó mediante una toma de tierra integral a
la cual se conectó un esquema de conexión TN-S.
La toma a tierra se realizó por medio de picas verticales de cobre, de 2 m de
largo y 14 mm de diámetro y el número de picas estuvo determinado por las
características del suelo en los distintos campamentos, es decir, si el suelo es
muy rocoso o seco, se deben utilizar dos o más electrodos y disminuir la
resistencia de puesta a tierra por los métodos ya explicados.
Se le brindó servicio a las instalaciones médicas a través de un esquema de
conexión TN-S, ya que no se pudo implementar el esquema IT en el quirófano
debido a que no se contaba con transformadores de aislamiento.
En estos hospitales no se hizo necesario implementar un sistema de
protección externa, basado en el pararrayo Franklin, debido a que en esta zona
geográfica no ocurren descargas atmosféricas.
182
Estees un ejemplo práctico de cómo confeccionar el sistema de puesta a tierra
de un hospital de campaña, el mismo está sujeto a variaciones en
dependencia de las condiciones ambientales diferentes.
IV.7. Conclusiones parciales.
Debido a la inmediatez con que tiene que estar funcionando el hospital, se
hace imposible diseñar esquemas de protección con todos los requerimientos
de un hospital convencional. En su lugar se tiene que implementar un sistema
de puesta a tierra más sencillo que se elabore con los medios que estén
disponibles, asegurándose siempre, que tenga el mayor nivel de confiabilidad
posible.
Para la obtención de un sistema de protección eficiente, es de gran importancia
seguir un orden en pasos. Estos son:
Determinar las características del suelo y, en caso de ser necesario,
analizar cómo disminuir la resistividad de éste, en el lugar donde se realice
la toma de tierra.
Analizar si es necesario instalar un sistema de pararrayo tipo Franklin. En
caso de ser necesario asegurarse de que brinde protección a todo el
campamento.
Determinar que régimen de neutro utilizar. Se recomienda brindar servicio a
todo el campamento, mediante un esquema TN-S y si se cuenta con un
transformador de aislamiento, implementar, en el quirófano, un esquema IT
Conectar todas las masas metálicas de los equipos a un anillo protector, el
cual estará puesto a tierra, cumpliéndose con las normas que se establecen
en la sección 4 de este capítulo.
183
Conclusiones Generales.
1. El servicio eléctrico para todo el equipamiento médico es a una tensión de
110 V y a 60 Hz de frecuencia.
2. Para el funcionamiento del hospital de día, la carga está determinada por el
equipamiento del mismo en pleno funcionamiento, o sea, 56.586 kVA que
con el factor de seguridad 1.1 da una potencia de 62.24 kVA, por lo que se
toma como potencia nominal 60 kVA. La planta de 60 kVA estaría
funcionando al 94 % de su capacidad nominal, lo que implica un buen
funcionamiento para la misma.
3. Para el horario nocturno, la carga que va a alimentar el grupo electrógeno
es la carga residencial del personal del hospital (iluminación y calefacción) y
el salón de terapia intensiva, que suman 21.70 kVA, con el margen da 23.87
kVA, por lo que se toma, 25 kVA de potencia nominal. La planta estaría a un
87 % de su capacidad lo que permite que trabaje en el rango donde su
índice de consumo es menor, es decir, que es más eficiente.
4. Es de vital importancia aclarar que en caso de que sea necesario utilizar por
alguna urgencia médica, el salón de operación o alguna de las áreas que no
está contemplada dentro de las que deben funcionar por la noche, es
esencial y prioritario pasar a trabajar con la planta de 60 kVA.
5. Para plantas de 60 kVA de potencia nominal, se recomienda como primera
opción la DENYO DCA – 60ESH ·EH.
6. Para plantas de 25 kVA de potencia nominal, se recomienda como primera
opción la DENYO DCA – 25ESI ·EI.
7. El transferencial debe ser emplazado lo más cercano posible de los grupos
electrógenos y la PGD, debe emplazarse tratando que los locales a
alimentar queden a distancias similares de esta.
8. Se recomienda brindar servicio a todo el campamento, mediante un
esquema TN-S y se cuenta con un transformador de aislamiento,
implementar en el quirófano un esquema IT
184
Recomendaciones.
El equipamiento médico debe de estar en lugares con un clima adecuado, ya
que en condiciones extremas no se garantiza un buen funcionamiento del
mismo. Es necesario que el equipo funcione en el rango de temperatura que
brinda el fabricante en el catálogo.
El gasómetro es un equipo médico el cual, debido a su diseño, requiere un
servicio de energía de forma continua, ya que constantemente se encuentra
calibrándose y el fabricante no garantiza su buen funcionamiento una vez que
se apague.
Se recomienda comprobar la operación de cada acometida individualmente,
paso a paso, verificando, las tensiones en cada tomacorriente antes de
conectar el equipamiento y provocando cortocircuitos rápidos para verificar la
efectividad de los interruptores instalados.
El transferencial no se explotó a plenitud de sus posibilidades, ya que la
entrada de uno u otro grupo electrógeno no ocurría de forma automática, sino
que era de manera manual. Por lo tanto se recomienda su sustitución por un
interruptor doble polo doble tiro trifásico que son mucho más baratos.
Las pizarras generales de distribución pueden ser confeccionadas, en
situaciones excepcionales, con protecciones que se encuentran a nuestro
alcance y reduce enormemente el costo.
185
Referencia.
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Aplicación. Cummins Power Generation. EE.UU. 2004.
2. Motors and Generators, NEMA Standard MG 1-1987, National Electrical
Manufacturers Association.
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Segunda Edición. Electrical Generating Systems Association. EE.UU. 1993.
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México.
5. Beeman D., Industrial Power Systems Handbook, Mc GRAW-HILL, 1955.
6. Cuaderno técnico No.158. Cálculo de corrientes de cortocircuitos, Schneider
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7. Ediciones Técnicas, Marcombo.
8. SA. Llamo L.S, Sistemas Eléctricos 2. Notas del curso. Disciplina Sistemas
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9. Ministerio de industria y energía. Puesta a tierra. Instrucción MIE BT-039.
186
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IEC 60601-1
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Cuaderno Técnico de la Schneider Electric.
188
CT062 Puesta a Tierra del neutro en una red industrial de MT.
CT158 Cálculo de corrientes de cortocircuito.
CT172 Los esquemas de conexión a tierra en BT (regímenes de
neutro).
CT173 Los esquemas de las conexiones a tierra en el mundo y su
evolución.
CT178 El esquema IT de los esquemas de conexión a tierra de BT.
189
ANEXOS
190
Dimensiones de los Grupos Electrógenos seleccionados:
191
Diagrama de conexión de los generadores:
192
193
Diagrama del Cableado del Motor:
194
195
Grupos Electrógenos DENYO DCA – 25ESI ·EI y DCA – 60ESH ·EH:
Especificaciones técnicas:
DCA - 25ESI DCA - 60ESH
Generador Modelo DF - 0270I DB - 0661H
de Frecuencia 50/60 Hz
Corriente Relación de salida 20/25 kVA 50/60 kVA
Alterna Relación de Voltaje 200/220 V
Relación de Corriente 57.7/65.6 A 144/157 A
Factor de Potencia 0.8
No.de Fases Trifásico
No.de Polos 4
Velocidad 1500/1800 rpm
Aislamiento Clase F
Excitación Tipo Brushless(Con Regulador de Voltaje Automático)
Motor Manufacturado ISUZU HINO
Modelo AA - 4LE2 W04D - TG
Tipo 4 Ciclos con Enfriamiento
por Agua 4 Ciclos con Enfriamiento por Agua
Motor Diesel con inyección
directa Motor Diesel con inyección directa,
equipado con turbo
No.de Cilindros 4
Relación de Salida 19.1/23.5 kW 48.5/57.5 kW
Batería 80D26R 80D26R X 2
Combustible Diesel Fuel ASTM No.2 o equivalente
Capacidad del Tanque 70 L 125 L
Aceite del Motor 8.9 L 17.6 L
Cantidad de Anticongelante 7.5 L 13.2 L
Peso Tanque Lleno 564 kg 1240 kg
Tanque Vació 642 kg 1380 kg
196
Especificaciones del generador de Corriente Alterna (Para Tensiones Personalizadas):
DCA - 25ESI 50 Hz 60 Hz
Relación de Salida kVA 20 20 20 20 25 25 25 25
kW 16 16 16 16 20 20 20 20
Relación de Tensión(V) 190/380 400 415 220/440 190/380 200/400 440 240/480
Relación de Corriente(A) 60.8/30.4 28.9 27.8 52.5/26.2 76.0/38.0 72.2/36.1 32.8 60.1/30.1
DCA - 60ESH 50 Hz 60 Hz
Relación de Salida kVA 50 50 50 45 54 60 60 60
kW 40 40 40 36 43.2 48 48 48
Relación de Tensión(V) 190/380 400 415 220/440 190/380 200/400 440 240/480
Relación de Corriente(A) 152/76 72.2 69.6 118/59 164/82 173/86.6 78.7 144/72.1