La seguridad es crucial para las edificaciones con un elevado nivel de automatización, como es el caso de los inmuebles inteligentes, debido a que sus equipos tecnológicos son extremadamente sensibles y, en consecuencia, vulnerables
Por José Ordoñez López
La definición de inteligente para un edificio se refiere a que en su construcción se hace uso de toda clase de tecnología de avanzada. La finalidad es hacer más eficiente su uso y control. Estas tecnologías abarcan cuatro categorías: seguridad, comunicaciones, apoyo logístico y automatización de procesos, las cuales se unen en un esquema de controles en extremo sensibles.
En América Latina, México se encuentra a la vanguardia en cuanto a edificaciones de gran altura. Estos smart buildings implementan gran variedad de tecnologías entre las que destacan el control de accesos, Circuito Cerrado de Televisión (CCTV), equipos HVAC, calefactores y administración inteligente de recursos.
Triángulo de Calidad de Energía
También forman parte de la administración inteligente los sistemas de sensores de seguridad para detectar fuego, humo y activar alarmas sísmicas.
Todo debe soportarse bajo una concepción que recién está de moda: la calidad de la energía y la implementación del Código de Red. De esta manera, se vincula la protección integral de esos sistemas que pueden observarse en su conjunto en el esquema del Triángulo de Calidad de Energía.
En este gráfico se representa la estructura de la pirámide de la calidad de la energía en cuanto a los sistemas de puesta a tierra que, sin duda, son la base para lograr una adecuada operación de la infraestructura técnica.
Desgraciadamente, la mayoría de los desarrolladores no conocen los riesgos cuando las constructoras, empresas de proyectos y comercializadoras no brindan soluciones respaldadas por un soporte técnico y un marco normativo nacional e internacional que así lo justifique.
Otro problema del sector que va en aumento es el uso de materiales y equipos no avalados por pruebas de laboratorios y certificados de calidad.
La trascendencia de los sistemas de puesta a tierra
Proveer un camino adecuado a las corrientes de falla tiene como objetivo garantizar la correcta operación de los dispositivos de protección.
Al respetar el concepto de puesta a tierra equipotencial se establece un potencial de referencia con lo que se estabiliza la tensión eléctrica a tierra bajo condiciones normales de operación.
La importancia de realizar una conexión a tierra en un edificio inteligente es enorme. Estos inmuebles resguardan una gran cantidad de equipos electrónicos, por lo que una corriente indeseable o sobretensión transitoria puede causar una pérdida costosa en los mismos.
Los elementos menos evaluados en un desarrollo, como el Inverter, son los daños por pérdidas de operación y servicio. No sólo se trata de reponer el equipo, ya que al hacerlo se pierde mucho tiempo, sino que la falta de servicio es superior en costo, si se compara con una inversión inicial para contar con una solución técnicamente factible.
El uso de materiales de puesta a tierra alternos al cobre, como el acero galvanizado, recubierto en cobre e inoxidable son una garantía en la durabilidad de la solución. En la actualidad, se terminan obras cuyo sistema de puesta a tierra de cobre ya fue incluso robado antes de entregarse. En los mejores casos se detecta y se repone, pero en otros se inicia la operación sin dicho sistema. Esto implica un peligro para las vidas humanas y equipos.
Dentro del marco normativo mexicano e internacional, como la NOM 001 -SEDE-2012 Instalaciones eléctricas (utilización) y la NMX-J-549 ANCE 2005, IEC 62305 (1,2,3,4), se establece que los electrodos de puesta a tierra pueden ser de cobre, acero y acero inoxidable (tipo aleación 304). Todos en configuraciones de cintilla o solera, placas, varillas, cable trenzado, tubo, etcétera.
En el mercado mexicano cada vez es más común el uso de tecnologías de punta, como integrar los sistemas de puesta a tierra en la propia estructura de la edificación, con lo que se cumple con una conexión de puesta a tierra única equipotencial, en la cual podrán tributar todos los sistemas.
Dispositivos TVSS contra sobretensiones transitorias
Como segundo paso, la pirámide de calidad de la energía muestra el uso de TVSS, mejor conocidos como supresores de sobretensión transitoria. Si bien en todas las instalaciones es obligatorio contar con la puesta a tierra y una evaluación de riesgo que determine el uso o no de pararrayos, resulta imperativo dar cumplimiento al artículo 285 de la NOM 001 SDE 2012, referente al uso de TVSS tanto en las redes de energía como de voz y datos.
Cabe mencionar que un supresor de sobretensión transitoria es el dispositivo electrónico encargado de cortar los picos producidos por diferentes fuentes que no sólo proceden de las descargas atmosféricas que impactan la edificación, sino cuyo origen se debe a otros factores como:
- Impactos directos o indirectos de rayos
- Arranques de cargas inductivas: pueden ser por parte de sistemas HVAC, elevadores, escaleras eléctricas, equipos de bombeo, montacargas, entre otros consumidores de energía de origen rotatorios que provocan picos en sus arranques
- Operaciones de la red eléctrica
- Disparos de las protecciones
- Conexión y desconexión de bancos de capacitores
Por lo tanto, la pregunta es: ¿qué smart building no está sometido a todas las posibles causas que originan las sobretensiones transitorias?
Entre los daños más frecuentes a equipos, provocados por sobretensiones transitorias, destacan:
– Desprogramación del equipo electrónico
– Daño permanente en motores y compresores
– Daño permanente en equipo de cómputo
– Fallas en equipo electrónico por sobrepasar el BIL de aislamiento
– Notable reducción de la vida útil de los equipos
– Sobrecalentamiento de diferentes dispositivos
El Nivel Básico de Aislamiento (BIL, por sus siglas en inglés) implica el nivel de tensión que puede soportar un equipo sin que se dañe. Ese es el punto que sólo puede lograse si los equipos se protegen con supresores de picos, los cuales permiten que los aparatos electrónicos sensibles operen sin que se supere su tensión permisible o nivel básico de aislamiento.
Por ejemplo, los sistemas que trabajan a 24 V, como sensores de humo (detección de incendio), cámaras de CCTV y casi la totalidad de los equipos de automatización que se usan en circuitos electrónicos de mayor integración que son cada vez más sensibles.
Cuando se habla de uso de dispositivos TVSS se alude a la garantía de la operación de las instalaciones durante la interacción de todos los sistemas mostrados en el primer esquema, que en caso de falta de control pueden perderse los sistemas de seguridad, acceso, clima e iluminación.
El uso de supresores va desde su instalación en el tablero de acometida, tableros de distribución y equipos finales, todos ellos coordinados energéticamente de forma que cada etapa se encargue de proteger al nivel que corresponde.
Los sistemas de comunicación como voz y datos (ethernet, señales de datos, video por medio de cable coaxial y señales de cable UTP) son elementos igualmente vulnerables a las sobretensiones transitorias; por lo tanto, al no protegerse ponen en peligro la operación de cualquier instalación.
El elevado nivel de integración de las edificaciones de hoy exige un análisis enfocado en cómo operar y minimizar el daño a los aparatos sensibles. Esto sólo es posible si se cuenta con un sistema de puesta a tierra equipotencialmente diseñado y supresores de sobretensión transitoria que garantice que los equipos puedan operar y comunicarse.
Cuando se da la espalda a la protección de estos sistemas resulta inoperante diseñar edificaciones con excelentes subestaciones, transformadores en resinas, bancos de capacitores para mejorar el factor de potencia, variadores de velocidad y control eficiente de la iluminación.
Un mundo sustentable requiere de aparatos y dispositivos electrónicos protegidos que garanticen la vida útil de los mismos y eviten su constante reposición.
José Ordoñez López
Egresado de Ingeniería Eléctrica y Master en Ciencias por el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría ISPJAE, La Habana, Cuba. Trabaja en temas de protección contra descargas eléctricas y sobretensiones. En la actualidad, se desempeña como consultor en temas de protección integral.
