Ahora que los calefactores eléctricos de proceso se están convirtiendo en una alternativa para grandes aplicaciones en las que tradicionalmente se han empleado calefactores de gas, es importante analizar sus características de mitigación de arco eléctrico. En este artículo, Dennis Long, responsable del diseño de sistemas de la unidad de negocio de tecnologías energéticas y medioambientales del fabricante de tecnología de equipos de calentamiento industrial Watlow, explica por qué se producen los arcos eléctricos y cómo pueden mitigar este riesgo los fabricantes.
Las preocupaciones por la descarbonización, la automatización y la seguridad han llevado a muchas organizaciones a sustituir los calefactores de gas por alternativas eléctricas de mayor tamaño. Dado que los calefactores de proceso de media tensión son relativamente nuevos en muchas aplicaciones, representan una nueva fuente potencial de riesgo que los fabricantes deben reconocer.
• Riesgos potenciales
Un arco eléctrico es una explosión eléctrica que se produce cuando hay un cortocircuito en un sistema, que puede estar provocado por una acumulación de corrosión o de polvo conductor. Si la tensión es lo bastante alta y si hay una trayectoria a tierra o una tensión más baja, se supera la resistencia del aire y se produce un arco.
Los eventos de arco eléctrico pueden provocar daños importantes. Conforme aumenta la liberación de energía, aumenta también el riesgo de incendio y de lesiones. Si la liberación de energía es lo suficientemente alta, el armario puede expulsar metal conductor fundido y energía de plasma a elevada presión, lo que representa un peligro para quienes se encuentren en las proximidades.
La energía potencial del arco eléctrico viene determinada por varios factores, como la tensión del equipo, la corriente disponible y la duración del evento. Si bien puede resultar práctico reducir la energía potencial del arco eléctrico limitando la tensión o la corriente, el coste global del proyecto puede dificultar esta tarea. Aunque los incidentes causados por arcos eléctricos son poco frecuentes, suscitan una gran preocupación por el potencial de daños, lesiones y muerte que conllevan. Algunas estimaciones sitúan la incidencia de arcos eléctricos entre cinco y diez casos al día en todo el mundo.
• Reducción de los efectos
Pueden emplearse tres estrategias principales para minimizar los efectos del arco eléctrico: aumentar la distancia con la fuente potencial de un evento, reducir la corriente de falta disponible y acortar la duración del evento. Todas estas estrategias pueden combinarse para garantizar la máxima seguridad, pero es algo que resulta poco práctico si se tiene en cuenta el coste global del proyecto. Dicho esto, la duración del evento es el factor que más influye en la reducción de los daños y el que tiene un mayor impacto en la cantidad total de energía liberada.
Se pueden comparar dos metodologías: armarios resistentes a arcos y tecnologías de mitigación de arcos. Los armarios resistentes a arcos eléctricos permiten reducir la exposición a estos eventos introduciendo el sistema en un armario metálico con sistema de ventilación. El gas calentado y la presión se desvían a través de un conducto, reduciendo la energía potencialmente explosiva. Sin embargo, presenta el inconveniente de que el armario resistente a arcos eléctricos debe estar cerrado para que este sistema funcione, y muchos eventos se producen durante el mantenimiento, cuando las puertas están abiertas.
• Tecnologías de mitigación
En lugar de desviar la energía del evento, la mitigación de arcos eléctricos intenta reducir la energía del propio evento limitando su duración. Para ello, se detecta el arco eléctrico anticipadamente y se dispara automáticamente el circuito correspondiente. Esta operación puede realizarse mediante detección de corriente (que se denominada mitigación de corriente del arco) o mediante detección de luz (que se denomina mitigación óptica del arco).
En la mitigación óptica del arco, la luz emitida por el arco dentro del recinto aumenta rápidamente, algo que puede detectar un receptor fotoeléctrico, incluso en las primeras etapas del evento. Cuando se detecta, se envía la señal a un relé de protección, que dispara el disyuntor automáticamente sin necesidad de intervención humana.
Una de las principales ventajas de este método es que es independiente de la magnitud real de la corriente del arco eléctrico. Permite que el sistema detecte el arco en una fase inicial de su desarrollo y dispare el disyuntor antes, lo que limita la duración del evento y la energía total producida.
Por otra parte, la mitigación de corriente del arco utiliza transductores de corriente para detectar un aumento de la corriente producida por el arco. Si los transductores no tienen el tamaño adecuado, es posible que no cierren el sistema o que no puedan corregir el evento.
Las tecnologías de mitigación de arcos también reducen los daños en los equipos, ya que pueden funcionar incluso cuando las puertas están abiertas y se está realizando mantenimiento. Por ejemplo, en el sistema térmico POWERSAFE™ de Watlow, los sensores pueden colocarse dentro del controlador térmico, el nodo o contacto de un solo nodo SCR, que están protegidos por un alimentador. Cuando el sensor detecta un evento de arco eléctrico en cualquier compartimento, el alimentador cierra el alineamiento para limitar el daño causado por el arco.
Ahora que está aumentando el uso de calefactores de proceso de media tensión conviene tener en cuenta la seguridad de su diseño. Las tecnologías de mitigación de arcos eléctricos representan el mejor método en este sentido, pues reducen la duración de los eventos de arco eléctrico y, por tanto, la energía liberada, lo que ayuda a minimizar el riesgo y los daños.
• Acerca de Watlow:
Watlow es una empresa global de tecnología industrial que utiliza su experiencia en ingeniería de categoría mundial, sistemas térmicos avanzados y excelencia en la fabricación para enriquecer la vida cotidiana. Muchas de las empresas más importantes del mundo utilizan nuestra tecnología en aplicaciones vitales, como procesamiento de semiconductores, soluciones energéticas respetuosas con el medio ambiente y equipos médicos y clínicos que salvan vidas, por citar algunas. Fundada en 1922, Watlow tiene el propósito de «Enriquecer la vida de las personas mediante una innovación que inspire», lo que nos permite ofrecer soluciones de alto impacto que mejoran la ventaja competitiva de nuestros clientes.
