El Ing. Leonardo Rodríguez es Ingeniero de Construcciones en la C.A. Energía Eléctrica (ENELBAR) de Barquisimeto, Venezuela telef. 58-251-2303051, fax 58-251-2303398, correo electrónico leonardo.rodriguez@enelbar.com.ve.

El MSc. Rubén A. Acevedo R. es Jefe del Departamento de Control Administrativo de Obras en ENELBAR, Barquisimeto, Venezuela telef. 58-251-2303336, fax 58-251-2303398, correo electrónico racevedor@ieee.org.

El Ing. Gustavo Saxton es Jefe de Sección de Mantenimiento de Redes en ENELBAR, Barquisimeto, Venezuela telef 58-251-2303926, fax 58-251-2303398, correo electrónico gustavo.saxton@enelbar.com.ve.

Resumen: La Empresa ENELBAR tiene entre sus objetivos principales prestar apoyo técnico a las Instituciones del estado con el fin de garantizar su desarrollo tecnológico. En el siguiente trabajo se presentan dos estudios del Sistema de Puesta a Tierra (SPT) realizados en el Hospital Central Antonio María Pineda por la empresa. Uno consiste en la evaluación del SPT actual del área de instalación de los equipos de Rayos X, Tomografía y Transformadores existentes, mediante el uso del Telurómetro y la aplicación del método del 62 %, que permite determinar con gran exactitud la resistencia del SPT, para verificar que dicho valor se encuentre dentro de los niveles normalizados. El otro estudio consiste en determinar la resistividad (p) del suelo del área donde se ubicará el equipo de Resonancia Magnética, mediante el uso del Telurómetro y la aplicación del método Wenner. Ambos estudios se realizan con la finalidad de formular recomendaciones para el diseño de un SPT, que garantice la seguridad del personal médico, el correcto funcionamiento de las protecciones y el acoplamiento magnético.

Palabras clave: Sistema de Puesta a Tierra (SPT)/ Resistividad del Suelo (p)/ Telurómetro/ Método Wenner

Abstract: ENELBAR, as one of its main objects, provides technical support to state´s institutions, in order to guarantee their technical development. This work presents two studies of Grounding System, developed by the company at the Antonio María Pineda Central Hospital. One consists of the Grounding System evaluation at the current installation area of X-ray and Tomography equipments, as well as transformers, using a noises tester and the 62% method, which allows to determine the resistance of the Grounding System with great precision, in order to verify its value and correspondence with normalized levels. The other study determines the soil resistivity (p) of the Magnetic Resonance equipment area, using a noises tester and Wenner method. Both studies were performed to formulate recommendations for the design of an adequate Grounding System ensuring correct performance of protections and magnetic compatibility.

Index Term: Grounding System, Soil Resistivity, noises tester, Wenner Method

Manuscrito finalizado en Barquisimeto, Edo. Lara, Venezuela el 2009/02/10, recibido el 2009/03/16, en su forma final (aceptado) el 2009/06/10.

I. INTRODUCCIÓN

En atención al requerimiento del Hospital Central Antonio María Pineda, se realizó una inspección inicial a las instalaciones el día 03 de agosto del año 2007, en conjunto con el personal técnico de esta institución, quienes se comprometieron en buscar información sobre las características técnicas de todos los equipos con los que será dotado dicho Centro Asistencial.

El día 15 de agosto del año 2007 se realizó una segunda inspección, debido a que actualmente se está ejecutando la instalación de tres equipos de radiología. En dicha inspección, el personal del Hospital Central Antonio María Pineda se comprometió a realizar las siguientes gestiones:

• Verificar la existencia y estado de las tres acometidas necesarias para dar servicio a los equipos a ser instalados en las áreas de Traumatología, Emergencia y Radiología. Dichas acometidas deben ser exclusivas para cada punto de servicio de las tres áreas mencionadas, con conductor de calibre adecuado para suministrar la carga necesaria en cada instalación y con niveles de caída de tensión permitidos por los equipos de radiología.

• Suministrar información sobre las especificaciones técnicas de los tres equipos que serán instalados (Tensión de Servicio, Potencia en KVA, Tipo de Sistema, entre otros).

• Gestionar la adquisición de transformadores secos de Tensión 208V en el lado primario, con tensión secundaria y capacidad de acuerdo a las características de cada equipo a ser instalado o el recomendado por el fabricante.

Este centro asistencial en la actualidad está alimentado en 24 kV por el circuito Cemento y en 4,16 kV por el circuito Falcón. Posee una capacidad total instalada de 3750 kVA en 120-208 V y 225 kVA en 240-416 V, repartida en siete (7) bancos de transformadores, tal como se muestra en la Tabla I.

Con el estudio de puesta a tierra planteado en este estudio, se busca el correcto funcionamiento de las protecciones de los equipos, la seguridad del personal que manipula el equipo y garantizar la compatibilidad magnética, todas estos objetivos fundamentales de los Sistemas de Puesta a Tierra.

II. DESARROLLO

1. Levantamiento de Información en campo Para la atención del requerimiento del Hospital Antonio María Pineda, se realizó una tercera inspección a las instalaciones por parte del personal del Departamento de Estudios de Distribución de ENELBAR, en compañía del personal técnico de la institución, el día 05 de Septiembre del 2007 en horas de la mañana. En ella se evaluaron las siguientes áreas:

• Sala de Rayos X de la unidad de Traumatología.

• Salas de Rayos X de la unidad de Radiología.

• Sala de transformación ubicada en la cercanía de la Av. Libertador.

• Área destinada a la construcción de la sala que albergará el equipo de Resonancia Magnética.

A. Sala de Rayos X de la unidad de Traumatología Se observaron las siguientes condiciones:

• No está instalada la acometida de la sala.

• No está creado el punto de alimentación del equipo de Rayos X, que ya está ubicado en la sala.

• Todas las paredes, marcos y puertas de la sala contienen placas de plomo para la protección radiológica del personal, según especificaciones.

B. Sala de Rayos X N° 1 de la unidad de Radiología Se observaron las siguientes condiciones:

• La Sala dispone del punto de alimentación del equipo de Rayos X, (3 conductores calibre # 2/0 AWG, correspondiente a las fases del sistema y 1 conductor calibre # 8 AWG, correspondiente al neutro del sistema), el cual puede verse en la Fig. 1.

• Las paredes y la puerta contienen placas de plomo para la protección radiológica del personal médico, según especificaciones, además de disponer del cubículo destinado para la ubicación del punto de control del equipo y de mantener aún los rieles para la movilización del equipo de Rayos X.

C. Sala de Rayos X N° 2 de la unidad de Radiología Se observaron las siguientes condiciones:

• La Sala dispone del punto de alimentación, de donde se alimentan los circuitos de tomacorrientes y al equipo de Rayos X de la sala, mediante conductores calibre # 10 AWG y calibre # 4 AWG, tal como puede verse en la Figura N° 2.a.

• El cajetín de alimentación (fusiblera tipo cartucho) contiene sólo dos fusibles de los tres necesarios (uno por fase).

• El cajetín de alimentación está conectado a tierra, tal como se puede ver en la Figura 2.b.

• Al igual que la sala de Rayos X N° 1, tanto las paredes como la puerta contienen placas de plomo para la protección radiológica del personal médico, según especificaciones; además de disponer del cubículo destinado para la ubicación del punto de control del equipo de Rayos X.

D. Sala de Transformación

En la sala se encuentra la celda de 24 kV y tres bancos de transformadores: dos de 1500 kVA, 120-208 V (3x500 kVA) y uno de 150 kVA, 240-416 V, (3x50 kVA). Se apreciaron las siguientes condiciones:

• En la parte periférica exterior de la sala de transformación se encontró la conexión de conductores calibre # 2/0 AWG de cobre soldados con ramificaciones, perteneciente a la puesta tierra del tomógrafo, que no cumple con la profundidad recomendada para tal fin (entre 0,3 m y 0,5 m), es decir, en la superficie del terreno. (ver Figura N° 3).

• En el interior de la sala de transformación, específicamente donde se hallan los bancos de transformadores de 3 x 500 kVA y 3 x 50 kVA, se encontró instalado un equipo de medición MEMOBOX 300, con el fin de medir la disponibilidad de carga del banco, que está destinado a la alimentación exclusiva del equipo de tomografía, (ver Figura N° 4).

• La configuración de los bancos de transformadores es estrella-estrella (Y-Y) con neutro solidamente puestos a tierra.

• El sistema de puesta a tierra de los bancos de transformadores consta de siete (7) barras de cobre 5/8”, no dispuestas equidistantemente, unidas entre sí por alambre de cobre # 4 AWG mediante conectores, que están sobre la superficie del suelo, lo que disminuye su efectividad.

• Se observó que dos de las barras de cobre pertenecientes al sistema de puesta a tierra de los bancos de transformación están en contacto directo con el concreto y sobresalen del nivel del piso. No cumplen con la profundidad recomendada (entre 0,3m y 0,5 m).

• No se pudo realizar la medición de la resistencia del sistema de puesta a tierra de la sala de transformación, ya que no se dispuso del espacio recomendado para realizar las mediciones (9,6 m entre electrodos del telurómetro).

E. Área destinada a la construcción de sala que albergará el equipo de resonancia magnética

En compañía del personal técnico de la institución se pudo ver el área destinada para la construcción de la sala donde estará contenido el equipo de resonancia magnética. Además, se informó que no está planteado iniciar su construcción en un corto plazo. Actualmente se encuentra material de construcción y de desecho perteneciente a otra construcción, por lo que se realizó una medición preliminar de la resistividad del suelo para estudio y posterior comparación, una vez que se haya preparado el área para la construcción de la sala.

2. Metodología

Mediciones de parámetros de puesta a tierra

En el diagnóstico de las condiciones se realizaron mediciones de capacidad de los bancos de transformadores, resistencia de puesta a tierra y resistividad del suelo.

A.- Capacidad del banco de transformadores de 3 x 50 kVA

De las mediciones realizadas al banco de transformadores de 3 x 50 kVA, 240- 416 V con el equipo de medición MEMOBOX 300 durante siete días (según lo especificado en NCSDE), se determinó que la carga máxima consumida es de 2,5 kVA, pero este valor no representa la carga máxima real demandada, ya que, según indicaciones aportadas por el personal técnico del Hospital, el valor pico de la carga consumida por el equipo de tomografías en el momento del disparo llega a ser de aproximadamente 120 kVA. Se presenta en intervalos de tiempo extremadamente cortos (ms), mientras que el equipo de medición realiza las lecturas promediadas cada diez (10) minutos (según lo especificado en NCSDE), lo cual imposibilita tener una lectura real de la carga máxima consumida por el equipo de tomografías y por ende de la capacidad de carga disponible en el banco de transformadores de 3 x 50 kVA.

B.- Resistencia del sistema de puesta a tierra del equipo de tomografías

Debido a la importancia del equipo de tomografías y a su alto costo, se hace prioritario que disponga de un adecuado y efectivo sistema de protección, donde el sistema de puesta a tierra del equipo juega un papel primordial. Tomando en cuenta lo antes expuesto, se realizaron mediciones de la resistencia (R) del actual sistema de puesta a tierra del equipo, mediante la aplicación del método del 62 % o de los tres puntos con el Telurómetro, obteniéndose los valores que se muestran en la Tabla II:

Los valores de resistencia del sistema de puesta a tierra expuestos en la tabla anterior, cumplen con lo recomendado en la bibliografía [1], para los equipos electrónicos sensibles, en los que se estipula que dicho valor no debe exceder los 5 Ω. Este resultado muestra claramente el buen estado del sistema de puesta a tierra del equipo de tomografías, lo cual aumenta la seguridad del equipo y del personal médico que lo manipula.

C.- Resistividad (ρ) del suelo del área destinada a la construcción de la sala que albergará el equipo de resonancia magnética

Como se expuso anteriormente, se programó una medición preliminar de la resistividad del suelo con el fin de estudiar sus condiciones y de comparar una vez acondicionado el terreno para la construcción de la sala. Estas mediciones se realizaron aplicando el método de Wenner o de los cuatro puntos con un Telurómetro, obteniendo los valores que se muestran en la Tabla III:

Como se pudo observar en la tabla anterior, los valores de resistividad del suelo son menores a los valores de resistividad eléctrica típica de suelos arcillosos de características similares al presente en el área (50 Ω.m), condición que favorece el buen funcionamiento del sistema de puesta a tierra. Estos valores de resistividad se calcularon aplicando la fórmula [1]

Donde:

a: distancia entre electrodos (m).

R: valor de resistencia aportado por el Telurómetro (Ω).

3. RECOMENDACIONES PRESENTADAS.

Después del análisis de las condiciones observadas y las mediciones realizadas, se realizan las siguientes recomendaciones para la alimentación de equipos médicos y su diseño del sistema de puesta a tierra:

A.- Salas de Rayos X

1. Establecer que los tomacorrientes tengan conexión a tierra para corrientes de falla mediante la instalación de canalizaciones metálica o a través de la envoltura del cable (según la norma 517.13 A del Código Eléctrico Nacional). [2]

2. Conectar a tierra los terminales de puesta a tierra de los tomacorrientes y todas las superficies conductivas que no transporten corriente de equipos fijos, que puedan ser energizados, que estén sujetos a contacto personal y que operen sobre los 100 V, con conductor de cobre aislado, instalado en canalizaciones metálicas con los conductores del circuito ramal que alimenta a los tomacorrientes (según la norma 517.13. B del Código Eléctrico Nacional). [2]

3. Conectar la barra de puesta a tierra del tablero de distribución de la sala a la barra de puesta a tierra del tablero principal del área con conductor de calibre no menor a 10 AWG (según la norma 517.14 del Código Eléctrico Nacional). [2]

4. Instalar “los tubos de rayos X para que se encuentren instalados dentro de envolventes puestas tierra. Para aislar la alta tensión del recubrimiento de puesta a tierra se pueden usar medios aislantes tales como: aire, aceite gas o cualquier otro medio. La conexión del equipo de alta tensión a los tubos de rayos X debe hacerse con cables de alta tensión apantallados”, (norma 517.78. A del Código Eléctrico Nacional). [2]

5. Conectar a tierra los controles, mesas, soportes de tubos, tanques de transformadores, cables armados, cabeza de tubos de rayos X, etc, (según la norma 517.78. C del Código Eléctrico Nacional). [2]

6. Tomando en cuenta los resultados de las mediciones realizadas a los bancos de transformadores de 3 x 500 kVA, donde se determinó que ambos bancos disponen de aproximadamente 900 kVA de reserva, alimentar los equipos de Rayos X a través de los bancos de Transformadores de 3 x 500 kVA mediante 3 transformadores trifásicos secos de 208- 416 V y 50 kVA o mas (cada uno), ubicados en la sala de transformación, para así disminuir las caídas de tensión que se pudiesen producir en los conductores del lado primario del transformador seco.

7. Dada la importancia de los equipos de Rayos X en el tratamiento oportuno de los pacientes, usar los dos bancos de transformadores de 3 x 500 kVA, para habilitar un alimentador de respaldo mediante un interruptor de transferencia, que permitirá mantener en funcionamiento los equipos en caso de que el banco de transformadores de la alimentación principal salga de servicio por falla, como se muestra en la Fig. 5.

B.- Sistema de puesta a tierra del equipo de tomografía

1. Aumentar la profundidad del sistema de puesta a tierra, de manera tal que se encuentre entre 0,3 y 0,5 m de profundidad, para mejorar las características del sistema, ya que en las condiciones actuales es menos efectivo y está expuesto a daños mecánicos que pueden ser provocados por cualquier causa externa, disminuyendo de esta manera la seguridad, tanto del equipo, como del personal médico sujeto a contacto él.

C.- Sistema de puesta a tierra de los bancos de transformación

1. Cubrir las terminaciones de las barras de cobre, así como el conductor de cobre calibre # 4 AWG de conexión entre ellas con tierra compactada, ya que esto permitirá aumentar la efectividad del sistema de puesta a tierra en caso de fallas. Al sepultar las terminaciones de las barras y los conductores de conexión (electrodos horizontales) se disminuye la resistencia de puesta a tierra del sistema, reduciendo el tiempo de descarga de corrientes de falla, ya que la resistividad eléctrica de la tierra es menor que la resistividad eléctrica del aire.

2. Separar entre las barras de cobre de manera que sea de aproximadamente dos veces la longitud de la barra.

D.- Sistema de puesta a tierra del equipo de resonancia magnética

Tomando en cuenta que se construirá una sala para la ubicación de un equipo de resonancia magnética, se hacen las siguientes recomendaciones:

1. Tomar en cuenta las mismas recomendaciones hechas para el sistema de puesta a tierra de las salas de Rayos X.

2. Dado que el equipo de Resonancia Magnética es un equipo electrónico sensible de alta frecuencia, construir bajo el piso de la sala donde se ubicará, una malla reticulada de conductores de cobre, dimensionada de acuerdo al área (m2) del piso y los cálculos realizados, con el fin de disminuir el ruido y las perturbaciones magnéticas en el equipo. La retícula deberá tener una separación entre 30 cm y 60 cm, y estar conectada a una tríada (triángulo equilátero construido por conductores de cobre desnudo calibre # 2/0 AWG y barras de cobre de 5/8” de diámetro y 2,4 m de alto), mediante un conductor de cobre aislado THW # 2 unidos por conectores de cobre certificados o soldadura exotérmica, como se muestra en la Fig. 6.

3. Se recomienda que la separación ente las barras de cobre sea de una distancia no menor a 5 m (aproximadamente 2 veces a longitud de las barras), ya que mediante la aplicación de la fórmula que se presenta a continuación [1]. Se pudo constatar que el valor de resistencia del sistema de puesta a tierra de la configuración recomendada es de 3,4482 Ω, que cumple con el valor recomendado para equipos electrónicos sensibles (5 Ω).

Donde: R: resistencia del sistema de puesta a tierra (Ω).

ρ: resistividad del suelo (Ωxm).

l: longitud de las barras (m).

a: diámetro de la barra de cobre (m).

D: distancia entre las barras de cobre (m).

4. Conectar la barra de puesta a tierra del tablero de distribución de la sala a la malla reticulada.

5. Conectar todas las partes metálicas conductoras del equipo (por las que no debe circular corriente) a la malla reticulada de puesta a tierra.

III. CONCLUSIONES

1. Sobre la base de las condiciones observadas, las mediciones realizadas durante la inspección al Hospital Antonio María Pineda, así como los conocimientos técnicos y el Código Eléctrico Nacional vigente (sección 517), se puede concluir que, con la aplicación de las recomendaciones hechas para el sistema de puesta a tierra de las salas de Rayos X, equipos de tomografía, sala de transformación y futura sala de Resonancia Magnética del Hospital Antonio Maria Pineda, se garantizará el cumplimiento de los objetivos fundamentales de un sistema de puesta a tierra:

• Seguridad de las personas.

• Protección de las instalaciones.

• Compatibilidad magnética.

2. En cuanto a la fuente de alimentación de los equipos médicos, se concluye que la mejor alternativa es alimentar a través de los bancos de transformadores de 1500 kVA, mediante transformadores trifásicos secos 208-416 V de 50 kVA o más.

IV. REFERENCIAS

1. Favio Casas Ospina. “Tierra Soporte de la Seguridad Eléctrica”. SEGELECTRICA, 1998.        [ Links ]

2. Código Eléctrico Nacional. FONDONORMA 200:2004. Organización gráfica Capriles. Caracas, Venezuela, 2005. 7ma revisión.        [ Links ]