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Ciencia & Tecnología

Sistema protegería de rayos tanques de hidrocarburos

A partir de una modelación por medio del software FEKO, con herramientas de electromagnetismo computacional se analizaron los campos electromagnéticos en las superficies de los tanques de almacenamiento para protegerlos contra los rayos.

Manizales, 29 de mayo de 2020Agencia de Noticias UN-

Infraestructura petrolera de Colombia 2017 vs. cantidad de descargas atmosféricas por km2. Fotos: Darwin Marín - UNAL Sede Manizales.

Tanques de almacenamiento de hidrocarburos: techo fijo, techo flotante externo y flotante interno.

Sistema de protección contra descargas atmosféricas externo con mástiles para reducción del campo eléctrico.

Esquema de mástil en el que se implementa el aislamiento eléctrico para protección externa.

Modelo del parque de tanques en el software FEKO.

Controlar los altos valores energéticos de la corriente de un rayo en las zonas de almacenamiento de hidrocarburos es determinante para evitar que se presenten incendios en estas explotaciones.

Con base en la norma internacional NTC 4552, Darwin Fabio Marín Yépez, magíster en Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, propuso una metodología para el diseño del sistema de protección contra descargas atmosféricas (Sipra) para tanques de almacenamiento de hidrocarburos.

Esta propuesta pretende adaptar el modelo de la esfera rodante, en el cual se ubican pararrayos en la punta de las torres, con el fin de encontrar un único punto de impacto haciendo rodar una esfera ficticia y protegiendo de las descargas eléctricas las zonas que se encuentran debajo de la curva de esta.

Para adaptar este modelo, el investigador propone colocar elementos aisladores en la cima de los mástiles que soportan los cables, con un radio de 35 m para nivel de riesgo alto en atmósferas explosivas. Con esta instalación se garantizarán valores menores a 200 kV/m (kilovoltio por metro) en la zona de protección de los tanques.

El modelo busca que los objetos a ser protegidos –por ejemplo una edificación– sean puntos menos probables a los rayos que los elementos de protección externa. Esto se logra determinando la “distancia de impacto” del rayo a una estructura u objeto, que es la longitud del último paso de un rayo bajo la influencia de un terminal que lo atrae, o de la tierra.

También se deben usar bayonetas como instalación de interceptación de rayos, las cuales deben ser de cobre y tener un diámetro no menor de 15,9 mm; si son varillas sólidas y tubulares, deben ser de 19,05 mm, con un espesor mínimo de 0,8 mm y una longitud mínima de 254 mm en ambos casos.

Este aporte metodológico para la actualización en el modelo de protección externo contra rayos permitirá minimizar los riesgos de incendios de los tanques de almacenamiento de hidrocarburos ante descargas eléctricas atmosféricas.

Parámetros eléctricos de los rayos

Para controlar los valores energéticos de la corriente de un rayo es necesario conocer tanto los parámetros eléctricos de los rayos como las probabilidades de tormentas y descargas fijas que se puedan presentar en las industrias o sus alrededores.

En este aspecto el magíster identificó vacíos en las normas sobre diseños de ingeniería para los sistemas de protección contra descargas eléctricas atmosféricas.

Según su estudio, en las normas actuales no son claras las recomendaciones sobre el uso de tanques de almacenamiento de hidrocarburos como estructuras naturales, es decir, considerarlas como autoprotegidas. Tampoco se ofrecen parámetros cuantitativos para identificar las diferencias entre las consecuencias del impacto directo de un rayo y los efectos secundarios por afectación electromagnética cuando hay un impacto cerca del tanque.

Para aportar a estos vacíos, el investigador actualizó el modelado haciendo énfasis en los tanques que se pueden considerar como autoprotegidos y en los parques de tanques que cuentan con una protección contra rayos y que son aplicados de forma típica en la industria del petróleo.

Riesgo las 24 horas

Las petroleras requieren operación y mantenimiento de forma continua, las 24 horas del día; por eso, en la parte superior de los tanques de almacenamiento es necesario contar con sistemas de iluminación que permitan tener visibilidad de la superficie alta del tanque durante la noche.

Por lo general los sistemas de iluminación se diseñan instalando postes metálicos de 6 m de altura, aproximadamente, y con una luminaria al final. Estos cuentan con conductor de puesta a tierra y la base del poste queda eléctricamente unida al mismo potencial del techo y la pared del tanque. “Esto aumenta las probabilidades de descargas eléctricas atmosféricas, ya que es probable que un rayo impacte en un conjunto de luminarias del poste metálico”, agrega el magíster.

Cuando el rayo impacta directamente se puede tener un campo eléctrico con valores máximos de 540 kV/m con efectos que generan chispas y pueden propiciar un incendio en presencia de vapores inflamables.

(Por: fin/LGH/MLA/LOF
)
N.° 508

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