Actualmente muchos edificios de oficinas, hoteles y plazas comerciales presentan graves problemas para reponer sus equipos de aire acondicionado y refrigeración a causa de las tormentas eléctricas. Lo anterior conlleva a que sólo se culpe a este fenómeno natural cuando existen otras causas no menos importantes que tratamos en este artículo
José Ordoñez
Los daños a los equipos de aire acondicionado y refrigeración es uno de los temas que afectan con mayor frecuencia su operación eficiente debido a la sensibilidad de sus componentes electrónicos. Las edificaciones de gran altura, por ejemplo, requieren de sistemas centralizados, mientras que el uso de sistemas de frío en plazas comerciales y corporativos son parte esencial de los servicios. Por esta razón es de vital importancia conocer las causas y efectos que permitan una operación eficiente de las instalaciones HVACR.
Uno de los mitos más extendidos es que los climas y equipos de enfriamiento están en riesgo únicamente por la presencia de tormentas eléctricas. Durante un fenómeno meteorológico de este tipo los componentes eléctricos y electrónicos de los sistemas están expuestos, por lo que es necesario saber cuáles son los daños potenciales que pueden causar los rayos y las descargas eléctricas.
La sobretensión que se origina cuando cae un rayo es uno de los impactos más comunes. Los rayos son capaces de generar una descarga eléctrica de más de 250 mil voltios. Hoy en día, no existe aparato o dispositivo que pueda manejar esta increíble fuerza (energía) de la naturaleza. Asimismo, es impor tante saber que existen más causas que generan daños en los sistemas eléctricos que suministran la energía a los equipos de refrigeración y clima. Lo primero sería identificar cuáles son los tipos de averías más frecuentes que presentan estas unidades:
• Tarjeta electrónica dañada (dependiendo del tipo de equipo será la afectación al cliente).
• Compresor quemado, en corto circuito a tierra o perdida del BIL de aislamiento (daño muy grave).
• Motor ventilador con las bobinas abiertas o quemado (en equipos de gran potencia es un daño que trae tiempos de sustitución elevados).
• Daños en los controladores y variadores de velocidad (daños costosos).
Cabe destacar que México se encuentra dentro de una franja de elevado nivel de incidencia de descargas atmosféricas. Esto se puede comprobar en el mapa de rayos por kilómetro cuadrado (km2) de la república mexicana contenido en la NMX-J-549 ANCE 2005 Sistemas de protección contra tormentas eléctricas – especificaciones, materiales y métodos de medición. Además, existen datos reales de la salida de servicio de la red eléctrica que han provocado pérdidas en MWh de generación debido a fallas originadas por descargas atmosféricas. En estos periodos se reportan daños que afectan a los sistemas HVACR, debido a que no cuentan con medidas de protección.
Normativas de seguridad
Por lo general, las unidades de aire acondicionado o equipos de refrigeración que son metálicos se ubican en las azoteas de los inmuebles. Esto lleva consigo dos temas técnicos de gran importancia en su operación:
• Peligro de ser impactados por rayos debido a su ubicación, un riesgo que se incrementa en edificaciones de mayor altura.
• Debido a la fricción del aire se genera estática (toques), lo que genera daños a los aparatos y al personal de mantenimiento.
Para la protección contra los efectos de las descargas atmosféricas es importante dar cumplimiento a la seguridad integral, que puede dividirse en dos sistemas:
• Sistema de protección externa: formado por punta captadora, conductor de bajada y sistema de puesta a tierra.
• Sistema de protección interna: uso de supresores de sobretensión y medidas para garantizar la equipotencialidad de los sistemas de tierra y reducir los efectos de interferencias electromagnéticas.
Lo anterior se estipula en la NMX-J 549 ANCE 2005, la cual muestra que a partir del análisis de riesgo debemos tomar las medidas de protección para el inmueble, las personas físicas y los equipos sensibles, entre los que se encuentran los sistemas HVACR.
Motivos adicionales de las sobretensiones
En ocasiones se producen daños en instalaciones donde no han ocurrido impactos directos de rayos y es cuando surge la pregunta ¿a qué se deben las sobretensiones originadas en la red eléctrica? Veamos los motivos y orígenes de las sobretensiones:
• Descargas atmosféricas.
• Arranques de equipos de gran consumo, cargas motoras como unidades de clima, elevadores, etcétera.
• Operación de protecciones del sistema de alimentación al inmueble.
• Operaciones de la empresa suministradora de energía.
• Bancos de capacitores para el mejoramiento de consumos de reactivo.
Adicionalmente, es importante conocer cuáles son los aspectos que comúnmente son violados en las instalaciones eléctricas, que en la mayoría de las situaciones están asociados al desconocimiento de las buenas prácticas de la protección contra los efectos de las descargas atmosféricas.
Como se sabe la gran mayoría de las instalaciones HVACR se encuentran ubicadas en cubiertas, por lo que están expuestas a la intemperie. Debido a que se trata de aparatos metálicos, el viento produce estática, un fenómeno que provoca diferencias de potencias entre las partes del sistema como son unidades, tuberías y canalizaciones que producen chispas o corrientes circulantes que pueden generar desde incendios hasta el daño frecuente de los circuitos electrónicos.
Otro aspecto importante son elementos de captura que compiten con las puntas de pararrayos, siendo un aspecto no considerado en gran parte de las instalaciones. Incluso después de instalada la protección contra descargas atmosféricas es que se evalúa su presencia y dimensiones.
en una unidad de clima.
Aspectos a considerar en una instalación
Los aspectos principales que debemos revisar en las instalaciones de protección contra los efectos de rayos en sistemas de refrigeración y clima son:
• Asegurarse que todos los elementos metálicos en cubierta estén debidamente aterrizados.
• Colocar barras de tierra cuya referencia sea directamente del sistema de puesta a tierra de la instalación. Esto permitirá que todos los equipos del sistema HVACR estén referenciados al mismo potencial.
• Revisar que la protección contra impacto de rayos (pararrayos) sobrepase las alturas de las unidades de clima y refrigeración ubicadas en cubierta. También es necesario cerciorarse de que queden ubicadas en la zona de protección, evitando el impacto en las unidades.
Como muestra la Figura 2, la protección integral contra los efectos de las descargas atmosféricas está formada por dos partes muy vinculadas entre sí: el SEPTE ya visto y el SIPTE. Este último, sin duda, es el menos tratado desde la etapa de proyecto, por lo que es común ver instalaciones protegidas por pararrayos. Asimismo, es más o menos frecuente ver el tratamiento efectivo de la protección contra sobretensiones, conocido como picos de voltaje.
Controlando las sobretensiones
Las sobretensiones son producidas por múltiples causas. Por ello, la protección en su contra está muy relacionada con su origen, siendo en su mayoría de carácter interno a cada instalación. Los aires acondicionados son una de las fuentes de origen del propio daño a los equipos.
Los arranques de unidades de clima de gran capacidad pueden generar que la red eléctrica a la que están conectadas sufra distorsiones en las tensiones del inmueble. Estas deformaciones de la onda de tensión se caracterizan por ser picos de elevada magnitud y muy corta duración, dichos picos son portadores de un elevado contenido energético que se encargan de dañar los equipos sensibles.
Las sobretensiones son producidas por múltiples causas. Por ello, la protección en su contra está muy relacionada con su origen, siendo en su mayoría de carácter interno a cada instalación. Los aires acondicionados son una de las fuentes de origen del propio daño a los equipos.
Entonces, la pregunta sería cómo proteger los equipos electrónicos sensibles como tarjetas de control, PLC, variadores de velocidad y demás elementos que conforman el eslabón más débil de sistemas tan robustos como los de clima y refrigeración. Para este tema es necesario consultar el marco normativo nacional de la NMX-J-549-ANCE (Sección 4.4.3 Supresor de sobretensiones transitorias SSTT) y la NOM 001 (Artículo 285 Supresores de sobretensiones transitorias de 1000 volts o menos (SSTT).
En todos los casos se evalúa que la protección interna se realiza de forma escalonada, debido a que no existe la posibilidad de manejar toda la energía de las sobretensiones en un solo dispositivo. Por tal razón se realiza la protección bajo el concepto de coordinación energética, es decir, supresores de picos a cada nivel donde requerimos hacer los cortes evitando los daños del equipo a proteger.
La clasificación de los supresores viene señalada en las normas antes mencionadas de la siguiente forma:
• Clase I, Tipo 1, categoría C supresor de alta capacidad de energía, baja velocidad de uso en tableros de acometida.
• Clase 2, Tipo 2, categoría B supresor de media capacidad de manejo de energía y velocidad media, uso en tableros de distribución como centro de control de motores.
• Clase 3, Tipo 3, categoría A supresor de baja capacidad de manejo de energía, pero elevada velocidad, uso en equipos electrónicos sensibles.
En los sistemas de protección contra sobretensiones y en especial en la protección de equipos sensibles en sus controles como los sistemas HVACR se debe realizarse una protección escalonada desde la acometida, el tablero de distribución como centro de control de motores y, por último, las fuentes de alimentación de los PLC, los variadores de velocidad, etcétera (ver Figura 5).
Observaciones y recomendaciones
En toda instalación uno de los elementos de mayor importancia son los sistemas de clima, refrigeración y ventilación, debido a la centralidad que ocupan para la operación de los edificios. El calentamiento global ha llevado a que los daños por los efectos de las tormentas eléctricas, desde las redes de distribución de energía hasta daños en sistemas de clima, CCTV, telecomunicaciones, etcétera, pongan en peligro la operación de bancos, hoteles y hospitales.
En conscuencia, es importante contar con los elementos básicos de una protección integral contra los efectos de las tormentas eléctricas y establecer una estrategia de protección que nos lleve a un uso eficiente de los sistemas de clima con una mayor garantía en su operación.
