2014

Evaluación del Sistema de Protección Contra

Descargas Atmosféricas de la Planta de CO2 Cagua,
INVEGAS S.C.A.

Ing. José Henriquez Soto

ZOBLITZ C.A
RIF J-40140927-0
07/02/2014
 1. Introducción
Durante visitas realizadas los días martes 03, miércoles 04 de diciembre del 2013,
Lunes 03 y martes 04 de Febrero del 2014, se ejecutaron para la evaluación de sistema de
protección contra descargas atmosféricas se tomaron alturas de edificios y estructuras, se
solicitaron planos de vista planta de la empresa, se realizaron modelos de las estructuras y
equipos con altura y geometría tal que influyen en el comportamiento del sistema y se
realizó la evaluación mediante el método de la esfera rodante en 3D.

Todas las actividades se ejecutaron en la planta de INVEGAS S.C.A ubicada en el

Edo Aragua, Venezuela, coordenadas +10° 11' 58.18", -67° 27' 25.31".

Fig.1

1|Página
 1.1 Objetivos.

La elaboración de este estudio tiene como objetivo:

A. Identificar si el sistema de protección contra descargas atmosféricas actual

efectivamente protege la estación reductora de presión de gas natural y caseta
contentiva del generador de emergencia.

1.2 Normas aplicadas.

 NFPA 780 Standard for the installation of Lightning Protection Systems.

 IEC 62305-1 Protection against lightning – Part 1: General principles.
 IEC 62305-2 Protection against lightning – Part 2: Risk management.
 IEC 62305-3 Protection against lightning – Part 3: Physical damage to Structures
and life hazard.
 NBR 5419 - Protection of structures against lightning – Procedure.
 FONDONORMA 200:2004 CODIGO ELECTRICO NACIONAL.
 NFPA 70E Standard for Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces.

2|Página
 2. Evaluación del Sistema de Protección Contra Descargas
Atmosféricas.

2.1. Requerimientos.

El rayo es el flujo natural de electricidad estática entre nubes y tierra. Este impacta
contra edificaciones, estructuras, vehículos, embarcaciones, arboles, ganado y personas en
todo el planeta. Esta descarga descomunal de electricidad estática va a acompañada de un
flash brillante de luz y un sonido digno de la mayor explosión escuchada. El arco producido
puede alcanzar ocho kilómetros de longitud, elevar la temperatura del aire circundante a
27.700°C y tener un potencial de 100_MV. Es entonces previsible que el impacto de un
rayo puede ocasionar la muerte o daños permanentes a una persona debido a quemaduras,
daños neurológicos, electrocución, etc. El impacto, puede ocasionar incendios, daños a
equipos, etc.

Este fenómeno meteorológico no puede prevenirse, solo puede ser intersectado y

guiado a tierra a través de un camino preferencial de baja impedancia, diseñado de tal
forma que llegue a disiparse a tierra sin causar daños. Estos sistemas son llamados Sistemas
de Protección Contra Descargas Atmosféricas y son regidos por normas tales como:

 NFPA 780 Standard for the installation of Lightning Protection Systems.

 IEC 62305-1 Protection against lightning – Part 1: General principles.
 IEC 62305-2 Protection against lightning – Part 2: Risk management.
 IEC 62305-3 Protection against lightning – Part 3: Physical damage to Structures
and life hazard.
 NBR 5419 - Protection of structures against lightning – Procedure.

Actualmente en Venezuela se encuentra en periodo de revisión el borrador de la norma

FONFONORMA 599 (R) CODIGO DE PROTECCION CONTRA RAYOS por lo que
utilizamos normas internacionales para la evaluación.

En Venezuela el promedio total de impactos a tierra es de 4.08 descargas/Km2/Año y

existen cinco zonas en el país de alta actividad atmosférica tal como se muestra en la Figura
5.

3|Página
 Fig.2 Densidad de Flash a tierra de Venezuela, 3D

La zona con mayor actividad está en el estado Zulia y tiene una densidad de 55
descargas por km2 por año.

En referencia con la zona de estudio el estado Aragua tiene registrados hasta 87

Impactos anuales máximos, con el 1% de corrientes mayores a 100_kA.

2.2 Métodos de Evaluación.

Para la evaluación de sistema de protección contra descargas atmosféricas existen tres

métodos aprobados:

 Método de la Esfera Rodante o eléctrogeometrico.

 Método de rejillas o mallas.
 Método del Angulo de protección.

Para la evaluación del SPDA de INVEGAS S.C.A se utilizará el método de la esfera

rodante el cual se explica a continuación.

4|Página
 2.2.1 El método de esfera rodante.

Deriva del llamado modelo electrogeométrico (EGM), el cual predice que

considerando una esfera imaginaria de un determinado radio, el rayo tendrá una mayor
probabilidad de tocar las superficies u objetos que se encuentren dentro de la esfera o
“toquen” su superficie. Quedando protegida el área o volumen fuera de la misma.

Las primeras referencias de este método vienen del trabajo de Ralph H. Lee in 1977.

Fig.3 Esfera Rodante

Cuando se gira la esfera alrededor del pararrayo forma un embudo invertido como
se muestra a continuación:

5|Página
Fig.4 Revolución de la esfera rodante sobre el pararrayos

Fig.5 Visto en 3D.

6|Página
 Aplicamos ahora transparencia para ver la casa y la persona de referencia, respecto
al embudo de la zona de protección.

Fig.6 Transparencia de zona de protección.

La zona de protección tiene un alcance limitado, por lo tanto puede que alguna parte
de un equipo o estructura quede fuera de ella como lo muestra la figura de abajo.

Fig.7 Detalle de zona de protección.

La casa de la derecha en la figura 10, ya no se encuentra protegida, para solucionar

esto se instala otro poste con otro pararrayo.

7|Página
 Fig.8

Vemos que ahora la casa de la derecha está protegida por el nuevo pararrayo, ambas
zonas se unen y forman una nueva y más grande.

Fig.9

Visto en perspectiva 3D tenemos la nueva región de protección.

8|Página
 Fig.10

Pero hay algo adicional, cuando la esfera rueda entre los dos pararrayos crea una
zona mayor que la suma de las dos como vemos a continuación.

Fig. 11

9|Página
Fig.12

Fig.13

10 | P á g i n a
 2.2.2 Consideraciones.

Según el libro: Lightning protection for engineers a la hora del diseño y

determinación de las zonas de protección se debe tener en cuenta lo siguiente:

Para el método de la esfera rodante:

1. Este método es una aproximación teórica y el rayo no necesariamente puede

comportarse como lo predice.
2. Este concepto de protección NO implica seguridad para las personas ya que los voltajes
de toque y paso pueden afectar a las mismas.
3. El radio de la esfera varía según el código o norma usada, por ejemplo:

 (US ) NFPA 780, R=46m

 (US) Dept Energy and Dept Defense, R= 33m
 IEC 62305: Nivel I, R= 20 m / Nivel II, R=30m / Nivel III, R=45m / Nivel IV,
R=60m
 BS 66551 (Británica) R=20m.

2.3 Resultados de la Inspección del Sistema de Protección Contra

Descargas Atmosféricas (SPDA) de planta Co2 Cagua.

La planta de Co2 Cagua posee actualmente un SPDA instalado en la Torre

Absorbedora CS01 basado en Punta Franklin de 275_mm de largo, instalada en
tubería fijada a la estructura. El bajante está compuesto por un conductor aislado
#2/0_AWG con caja de medición en la planta Baja. De la caja de medición sale un
conductor de puesta a tierra con punto de conexión en una barra cooper con caja de
inspección.

Observaciones.

1. El punto de medición obligatorio por IEC 62305, 5.3.6 presenta altos niveles de
corrosión.

El punto medición presenta corrosión lo cual eleva la resistencia serie, esto se debe al
grado de protección IP de la caja y a la técnica utilizada para la conexión de la canalización.

11 | P á g i n a
 Fig.14

Corrección.

 Remplazo total del punto de medición.

 Instalar terminales a compresión al conductor bajante.

12 | P á g i n a
 2. El bajante no cumple con las consideraciones de instalación de la norma IEC
32605.

Solo existen dos formas de instalación para el bajante:

A. Sistema Aislado.
B. Sistema no Aislado.

El captor está soportado por un mástil metálico el cual a su vez está sujeto
directamente a la estructura, luego el bajante el cual es un conductor aislado sale del mástil
metálico por debajo e inicia un recorrido vertical con aisladores hasta la caja de inspección.

Fig.15

13 | P á g i n a
 Fig.16

Corrección.

Debido a que el mástil está sujeto directamente a la estructura el sistema se

considera como “No aislado” y la estructura metálica del edificio actuara como bajante
natural, por lo que debe seguir las consideraciones de IEC 62305-3 en 6.2, donde se debe
asegurar la equipotencialidad entre el SPDA, la estructura y equipos soportados por ella.
Además de ello la norma en 5.3.3 exige dos conductores bajantes por captor para este tipo
de sistemas.

14 | P á g i n a
 Las recomendaciones son:

Si se desea clasificar al sistema como aislado se deberá:

A. Instalar base aislada al mástil de modo de desclasificar el sistema.

B. Instalar los aisladores faltantes luego de la caja de medición.
C. Sustituir el bajante por conductor aislado en tubería PVC sch80.
D. Asegurar que el bajante tenga una separación de la estructura igual o mayor a
10_cm durante todo el recorrido.
E. Asegurar la equipotencialidad de la estructura metálica del edificio, la puesta
tierra de pararrayos y la general de planta.

Si se desea clasificar al sistema como no aislado se deberá seguir lo indicado en la

norma IEC 62305-3 capítulos 5 y 6.

3. Resultados de la evaluación por el método de esfera rodante al

sistema de protección contra descargas atmosféricas de Planta Co2
Cagua.

3.1 Pararrayo punta Franklin ubicado en Torre Absorbedora.

Tal como se evidencia en el plano ROLL-ACTUAL-001 (Anexos) el sistema

actual no cubre áreas y equipos importantes tales como:

 Estación reductora de presión de gas natural.

 Planta de Emergencia.
 Torre desorbedora TQ12.
 Torre de Enfriamiento.

Recordemos que para que algún equipo pueda catalogarse como protegido por el
sistema deberá quedar debajo del cono de protección así que equipos como la Torre
de Enfriamiento, Torre Desoberdora TQ12 y la caseta de la planta de emergencia
quedan sobresaliendo del cono de protección.

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 Fig.17

4. Correcciones necesarias.

4.1 Estación Reductora de Gas Natural.

Para conseguir la protección necesaria para esta área se debe aprovechar la

estructura metálica actual que se encuentra instalada, sobre esta se debe instalar un
arreglo de conductores desnudos, previamente soldados exotérmicamente en un área
que según las normas de INVEGAS sea apropiada para ello, en un arreglo de jaula de
Faraday según IEC 62305 que proteja a la estación reductora de los siguientes
riesgos:

 Caída de una de las líneas de distribución de 13.8_kV que pasan sobre la

estación reductora.

 Impacto directo de un rayo.

16 | P á g i n a
Fig.18

Fig.19

17 | P á g i n a
 Fig.20

4.2 Caseta de Planta de Emergencia.

En este caso debido a que no hay estructuras cercanas adecuadas para ser
utilizadas como soporte para la instalación de un captor, se deberá instalar un poste o
una estructura de celosía que sumado(a) a la punta franklin consigan 8_mts de altura,
el resultado de esta opción más la ubicación física del conjunto se pueden apreciar en
el plano ROLL-PROPLA-001 (Anexos). Ubicar el conjunto en el sitio propuesto
busca alejar el sistema de protección del tanque de Gas-Oil de la planta de
emergencia sin que el mismo quede desprotegido.

Para la instalación de este sistema se puede considerar un sistema no aislado con

lo que se conseguirá un sistema funcional y a un costo menor que un sistema aislado.

18 | P á g i n a
Fig.21

Fig.22

19 | P á g i n a
 Fig.23

Es importante resaltar que para que el nuevo sistema funcione de forma segura se debe
desmontar el mástil señalado en la figura anterior (Fig.23).

4.3 Torre Desorbedora TQ12.

Si se observa el plano ROLL-ACTUAL-001 (Anexos) la torre TQ12 sobresale del cono de

protección (Fig.17) ofrecido por el sistema instalado en la torre CS01, por lo que se podría
concluir que este equipo no está protegido contra descargas atmosféricas.

Las normas IEC 61024 así como la NBR 5419:2000 de la Comissão de Estudo de Proteção
contra Descargas Atmosféricas nos ofrecen la alternativa adecuada para este caso.

Este recipiente puede ser considerado un captor natural según las normas mencionadas
anteriormente debido a que el espesor de la lámina con que está construido (10_mm) supera
los espesores mínimos recomendados por la NBR 5419 tabla 4. Por lo tanto el equipo
necesita ser puesto a tierra y la misma tener conexión equipotencial con la malla de la
planta.

20 | P á g i n a
 Fig.24

En la figura anterior (Fig.24) se aprecia que el equipo tuvo en alguna oportunidad

una conexión a tierra la cual a simple vista no cumplía los requerimientos mínimos de IEC
62305-3 en 5.3.6 donde se requiere que la conexión pueda soltarse de forma segura para
realizar mediciones de resistencia de puesta a tierra. El sistema tampoco contaba con una
caja normalizada de inspección.

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 4.4 Torre de Enfriamiento.

Este equipo no está protegido por el sistema actual (ver plano ROLL-ACTUAL-
001 en anexos o la fig.17 del presente informe) y no puede utilizarse como captor
natural pues el principal requisito es que sea de metal y esta estructura es de madera,
por lo tanto recomendamos aprovechar la necesidad de alumbrado en la parte
superior del equipo para utilizar los postes como soporte para captores tipo punta
franklin tal como se muestra en las fotos siguientes con ejemplos de la aplicación.

Fig.25

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 Fig.26.

Para el correcto desarrollo del método de análisis para comprobar la zona de

protección se debe en primer lugar definir con INVEGAS la viabilidad, cantidad y
disposición de alumbrado que necesita en el equipo luego en ZOBLITZ C.A podremos sin
costo extra aplicar la solución a los modelos 3D realizados para determinar por el método
de la esfera rodante la nueva zona protegida de la torre de enfriamiento.

23 | P á g i n a
 5. Conclusiones y Recomendaciones.

La protección contra descargas atmosféricas consiste en la identificación, valoración y

mitigación o disminución de riesgos asociados con el impacto de un rayo por lo que tener el
sistema adecuado y en buenas condiciones hace la diferencia durante la ocurrencia de un
evento de ese tipo.

Para lograr un grado de protección mayor se recomienda lo expuesto en la norma NFPA

780 en el capítulo 6.3.1 “Protection for Heavy-Duty Stacks” en donde se pide para este
tipo de “chimenea” la colocación de captores en el perímetro con separación no mayor a
2.4_mts. Esto aumentará el radio de acción del sistema y solo necesitará tres captores y la
adición de un segundo bajante según NFPA 780 6.4.2.

Fig.27.

24 | P á g i n a
 Se recomiendan la colocación de pararrayos autovalvulares según norma
CORPOELEC en las tres fases y en dos puntos de la línea de distribución que entra a planta
los puntos deberán ser en el seccionador de la derivación ubicada en la avenida y en el
poste del seccionador donde conecta el cable alimentador hacia la subestación.

Fig.28.

Otras recomendaciones son:

 Realizar de un estudio de clasificación de áreas para determinar cuáles son las

que incurren en riesgo de fuego y explosión de modo de identificar la necesidad
de mejor protección contra descargas atmosféricas.

 Realizar de mantenimiento y mediciones anuales al sistema de puesta a tierra

general de la planta.

 Realizar inspecciones anuales al sistema de protección contra descargas

atmosféricas.

 Continuar con la instalación del anillo de puesta a tierra de la sucursal según

norma ANSI/IEEE 80_2000.

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