Sellado de conductos para sistemas de telecomunicaciones y eléctricos resistentes

Un sistema o servicio de misión crítica es indispensable para el funcionamiento de una comunidad, la economía y la seguridad pública. Si el sistema o el servicio falla o se interrumpe debido a un corte de energía o daños, el comercio y la vida de la comunidad pueden verse seriamente afectados o interrumpidos en su totalidad. Las redes eléctricas y de comunicación están en peligro en todo el mundo. La demanda mundial de energía eléctrica y ancho de banda de datos está creciendo a un ritmo cada vez mayor. A medida que aumenta la demanda, también aumentan los posibles daños y riesgos a la infraestructura. En muchos países, los activos antiguos y una financiación poco confiable afectan aún más la integridad operativa de estos sistemas. Este documento se centra en cómo los desastres naturales comprometen los activos de misión crítica en los sistemas eléctricos y de comunicaciones, y cómo se desarrollan las estrategias para reducir el riesgo. Cualquier estrategia que se adopte debe comenzar con la colaboración entre las partes interesadas esenciales, como las comunidades, los servicios públicos y las agencias gubernamentales, y depende de los compromisos para incluir proyectos de resistencia del sistema en los planes operativos y los presupuestos anuales.

Los desastres naturales como huracanes, ciclones, tsunamis, inundaciones, tornados e incendios forestales son ejemplos de condiciones climáticas extremas que causan estragos en la vida, los hogares y los negocios de las personas e imponen graves consecuencias a la sociedad. En sentido general, los consumidores desconocen el trabajo entre bastidores que se requiere para proporcionar energía confiable y acceso digital, pero las interrupciones generan un enfoque instantáneo y no deseado.

Los eventos climáticos intensos están aumentando la necesidad de crear sellos contra la penetración del agua

Se pronostican fenómenos meteorológicos más frecuentes, intensos y costosos. Según los autores de la Cuarta Evaluación Nacional del Clima, publicada a fines de 2018 por el Programa de Investigación del Cambio Global de EE. UU., “se espera que los eventos extremos interrumpan y dañen cada vez más la infraestructura y la propiedad críticas, la productividad laboral y la vitalidad de nuestras comunidades”. Describen el estrés que sufre la infraestructura como resultado de fuertes lluvias, inundaciones, calor extremo, sequías e incendios forestales. El impacto en los sistemas de comunicación y energía es intenso, desde cortes de energía frecuentes y prolongados hasta costosas restauraciones o reemplazos del sistema. Tales reparaciones son especialmente importantes después de que la inundación provoque la penetración de agua en los componentes del sistema. (USGCRP2018)

Impacto en los sistemas eléctricos y de comunicaciones de EE. UU.

Entre 2012 y 2019, EE. UU. experimentó múltiples eventos climáticos que generaron miles de millones de dólares en daños, la pérdida de miles de vidas y prolongadas interrupciones del servicio. (CCES 2020) (Smith 2020) Según el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), 680 cortes de energía entre 2003 y 2012 fueron causados por el clima. Cada corte afectó al menos a 50.000 clientes y afectó considerablemente las operaciones de negocios y residencias. (Richard 2018) La combinación de condiciones climáticas adversas y de una infraestructura anticuada generalmente resulta en gastos aún más altos para los servicios públicos. El costo de una sola tormenta puede oscilar entre USD 500.000 y más de USD 1.000 millones, dependiendo de la cantidad de clientes sin electricidad. (Richard 2018) Los cortes de energía también causan tiempo de inactividad en las redes digitales, que promedian entre USD 140.000 y USD 540.000 en pérdidas por hora, dependiendo del negocio. (Lerner 2014)

El DOE determinó que las inundaciones afectaron a una cantidad considerable de centrales de energía: (Brody 2020)
• El huracán Irene provocó la inundación de 44 centrales eléctricas,
• Las inundaciones del huracán Sandy afectaron a 69 centrales eléctricas, y
• El huracán Harvey dañó o destruyó más de 6,200 postes de distribución y 850 estructuras de transmisión. Muchas centrales energéticas están ubicadas deliberadamente cerca de la costa para un acceso conveniente al agua. Nueve plantas de energía nuclear de EE. UU. están ubicadas a dos millas del mar. (Brody 2020)

El impacto intenso del clima en los sistemas eléctricos es un problema mundial

En todo el mundo, los fenómenos meteorológicos intensos se han incrementado con consecuencias alarmantes.

Australia

Según el modelo realizado por Insurance Australia Group (IAG) y el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) en Boulder, Colorado, EE. UU. durante el período de 2015 a 2025, Australia experimentará un aumento del 10 % en el número de ciclones más intensos. La intensidad de estas tormentas está aumentando, con velocidades de los vientos de hasta 225-279 kilómetros por hora y manteniendo su intensidad sobre tierra. (Thompson 2020)

Unión Europea

Entre 1980 y 2017, condiciones climáticas extremas como inundaciones, sequías y olas de calor causaron graves pérdidas económicas y provocaron la muerte de miles de personas. (EURACTIV 2020)

Reino Unido

En febrero de 2020, el Reino Unido experimentó extensas inundaciones de ríos a causa de múltiples tormentas, lo que provocó lluvias récord en un suelo ya saturado por lluvias anteriores. Las inundaciones afectaron a varias regiones de Inglaterra, Gales, Irlanda del Norte y Escocia. (Cruse 2020)

Algunos eventos acuáticos extremos, de suma importancia, se destacan en un mapa mundial.

Fortalecimiento del sistema para una mayor resistencia

Los términos “fortalecimiento del sistema”, “preparación para desastres naturales” y “resistencia” se refieren a proyectos destinados a garantizar que la infraestructura sea más resistente a inundaciones extremas, vientos, incendios y otras amenazas. (Richard 2018) La elección de los métodos de fortalecimiento por tormentas depende de numerosos factores y requisitos. Idealmente, los servicios públicos y las comunidades trabajan en conjunto para crear planes rentables que brinden una protección óptima de los activos en caso de eventos climáticos intensos, salvaguardando en última instancia la infraestructura, la economía y las personas.

La recompensa del fortalecimiento del sistema

A medida que la volatilidad climática aumenta su impacto en los sistemas y activos de energía, se debe aumentar el presupuesto para medidas y productos que mejoren la resistencia. Hay una recompensa que debe tenerse en cuenta: el círculo vicioso de costosas reparaciones anuales, interrupciones del servicio y tiempo de inactividad se puede mitigar con la investigación y la inversión en tecnologías que protegen de manera confiable los sistemas durante eventos climáticos extremos, especialmente eventos acuáticos.
Un estudio sectorial del Banco Mundial sobre la mejora de la resistencia de la energía a los peligros naturales se pronuncia a favor de la necesidad global de inversiones para fortalecer el sistema en infraestructura de energía nueva y existente. Para ayudar a determinar el nivel de inversión requerido, los autores relacionan tres peligros naturales con varios tipos de infraestructura y la probabilidad de daño de cada peligro. La estimación de la probabilidad de daños es útil para decidir hacia dónde dirigir las inversiones para fortalecer el sistema, una prioridad creciente entre las partes interesadas públicas y privadas responsables de la generación de energía y la infraestructura. (Nicolas et al, 2019)

Para comprender mejor la economía de los proyectos de fortalecimiento para casos de tormentas en EE. UU., McKinsey & Company, una firma consultora de gestión global, examinó los registros financieros de diez grandes empresas de servicios eléctricos en ocho estados con costas densamente pobladas donde los huracanes son comunes y costosos: Alabama, Florida, Georgia, Luisiana, Carolina del Norte, Nueva Jersey, Carolina del Sur y Texas. (Brody 2020)

Primero, se realizó un análisis sobre los costos recientes debido a los daños causados por la tormenta y los costos proyectados para 2050, estimando que:
• Una empresa de servicios públicos típica experimentó USD 1,4 mil millones en costos debido a daños por tormentas y pérdidas de ingresos por cortes durante un período de 20 años.
• Con base en proyecciones aproximadas de eventos climáticos extremos en el futuro, los cálculos mostraron que para 2050, los daños por tormentas y los costos de interrupción aumentarán en un 23% (un cálculo conservador), y
• Se estimó que las consecuencias financieras para 2050 totalizarían USD 1,7 mil millones en costos por cada servicio público.

Entonces, el estudio calculó los costos para mejorar la capacidad de recuperación de una empresa de servicios públicos típica del sureste de EE. UU. para proteger sus activos durante eventos climáticos extremos.
• Los cálculos oscilaron entre USD 700 millones y USD 1 mil millones, menos que el promedio actual de USD 1,4 mil millones por daños por tormentas.
• El cálculo local fue mucho menor que el costo proyectado para 2050 de USD 1,7 mil millones en daños por cada tormenta, y
• Los costos proyectados aumentarán si se prevén temperaturas más altas, olas de calor, tendencia al aumento del nivel del mar y eventos futuros desconocidos.

Estrategias globales para el fortalecimiento del sistema

A nivel mundial, los países están desarrollando planes y proyectos para una mayor resistencia del sistema.

Estados Unidos

El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) enumera las siguientes recomendaciones de mejoras físicas para proteger la infraestructura de servicios públicos durante desastres naturales. (Little 2020)
• Reemplazar postes de energía vulnerables, especialmente en áreas costeras,
• Soterrar las líneas eléctricas, especialmente cerca de instituciones de misión crítica como operaciones de bomberos y rescate, hospitales, centros de datos y torres de telecomunicaciones,
• Reforzar la infraestructura existente,
• Elevar los equipos de energía y crear barreras en áreas propensas a inundaciones; utilizar diques y fosos para proteger el equipo; mover equipos a pisos más altos en entornos urbanos, y
• Emplear soluciones de alta tecnología para limitar las interrupciones y reducir el tiempo de inactividad, incluidos medidores inteligentes, monitoreo automatizado, interruptores, reconectadores, seccionadores y fuentes de energía de respaldo de las microrredes.

Australia

Mantener la resistencia energética dentro de la vasta red interconectada de Australia requiere planificación y coordinación entre entidades públicas y privadas. Queensland enfrenta una amplia gama de condiciones climáticas extremas (ciclones/marejadas ciclónicas severas, inundaciones e incendios forestales) que interrumpen el sistema de generación de energía en todo el sistema y sirven como ejemplo de cómo las asociaciones y las estrategias bien ideadas pueden aliviar los efectos de los eventos climáticos extremos. Entre las estrategias recientes están las siguientes: (Bartlett 2016)
• Establecer asociaciones público-privadas que exhorten a los consejos de área y a las compañías eléctricas a garantizar de manera proactiva la disponibilidad de equipos y personal para la reparación de emergencia de la infraestructura,
• Planificar e informar sobre el impacto de tormentas intensas en los activos de la red, pronosticar cambios climáticos y demográficos, evaluar tendencias energéticas y
• Auspiciar proyectos de fortalecimiento del sistema para proteger la infraestructura obsoleta, especialmente los sistemas susceptibles a inundaciones.

La asociación y la planificación dan como resultado una mejor gestión en casos de crisis

La planificación mejorada redujo los cortes de energía y comunicaciones y ayudó a proteger valiosos activos de infraestructura durante desastres naturales. Durante las inundaciones de Queensland ocurridas en 2011, una subestación inundada pudo operar durante la emergencia y fue restaurada a niveles de servicio completo en una semana. Una torre derrumbada fue reemplazada en dos semanas y los postes eléctricos derrumbados fueron reemplazados o reparados rápidamente. La respuesta coordinada redujo las interrupciones de energía a menos del 0,01 % del uso total de energía y permitió una rápida restauración de los servicios de comunicaciones móviles.

Brisbane sigue sellándose contra el agua

Además de la coordinación y la planificación, se están llevando a cabo proyectos de fortalecimiento del sistema para proteger la infraestructura obsoleta, especialmente los sistemas susceptibles a inundaciones. En Brisbane, la capital de Queensland, la principal empresa eléctrica de la ciudad está utilizando tecnologías innovadoras de sellado de espuma para proteger de la intrusión de agua y plagas a los cables subterráneos. Los selladores pueden soportar las altas presiones del agua que probablemente se presenten en caso de inundaciones similares a las de 2011. Aunque Brisbane colocó la mayor parte de su infraestructura eléctrica bajo tierra, la ciudad experimentó marejadas ciclónicas que empujaron el agua hacia las calles a través del sistema de drenaje pluvial. Esta agua desbordada también ingresó a los conductos y componentes eléctricos, que fueron protegidos una vez sellados.

Unión Europea

Los fenómenos meteorológicos extremos están aumentando en Europa, lo que hace hincapié en la necesidad de desarrollo de políticas, un mejor financiamiento, la cooperación transfronteriza y los métodos para mejorar la resistencia de los sistemas eléctricos y digitales esenciales. (Euro Dis Risk Mgt 2020) En 2017, la Comisión Europea publicó el informe Science for Policy (Ciencia para la política) del Centro Común de Investigación (CCI), su servicio de ciencia y conocimientos. El CCI examinó el impacto de los desastres naturales en la recuperación de la red eléctrica y ofreció recomendaciones para orientar a los países miembros de la UE en la formulación de las políticas, la mitigación de peligros y la gestión de emergencias de cortes de energía. (JRC 2017)
A continuación se incluye un resumen de las recomendaciones:

• Siempre que sea posible durante las evaluaciones de riesgos, utilizar escenarios coherentes en todas las áreas de políticas de la UE,
• Integrar los esfuerzos de gestión de riesgos,
• Incorporar resistencia en el diseño del sistema,
• Evaluar la capacidad de recuperación de la red eléctrica en caso de tormentas geomagnéticas, que son perturbaciones temporales importantes de la magnetosfera de la Tierra y presentan daños para la red,
• Desarrollar, implementar, mantener y actualizar sistemáticamente planes de control de interrupciones,
• Almacenar activos y equipos clave para facilitar la reparación o el reemplazo oportunos de los elementos dañados,
• Asegurar capacidades de respaldo durante desastres, y
• Hacer que la restauración de la energía para usuarios críticos de electricidad, como hospitales, sea una máxima prioridad.

El papel de los sellos adecuados en los proyectos de fortalecimiento del sistema

La penetración del agua causa daños costosos que son difíciles de reparar. Independientemente de que un proyecto sea una construcción nueva o una mejora, la prevención de la penetración de agua es esencial. Las tecnologías de sellado duraderas que brindan una potente protección a los conductos desempeñan un papel vital en un programa integral de fortalecimiento del sistema. La implementación de tecnologías de sellado es una actividad de cada sitio y que utiliza diversas aplicaciones para lograr el objetivo: reducir o eliminar la penetración del agua. A medida que aumenta la frecuencia de los eventos acuáticos, la instalación permanente de tecnologías de sellado se amortiza al ahorrar en el costo de la restauración de equipos vitales. La siguiente sección sobre la selección del sellador describe un proceso para ayudar a hacer coincidir el sellador apropiado con un proyecto específico que proporcione beneficios a largo plazo.

Determinar lo que necesita protección

Un sellado adecuado comienza con un análisis del proyecto completo, su función y ubicación, sus requisitos para el éxito y otras variables. Es importante establecer objetivos claros. Solo entonces se podrá identificar la tecnología de sellado adecuada. ¿Qué necesita protección? ¿Es de misión crítica o hay redundancia del sistema? ¿Cuál es el valor del activo? ¿Está expuesto a elementos exteriores o por debajo del nivel del suelo? ¿El objetivo es prevenir la humedad o repeler una inundación? ¿Es preocupante la degradación de los activos físicos? Cada situación es específica y no existe una solución única. Se deben considerar muchos factores en estos análisis de situación.

Definir la situación

El fortalecimiento del sistema genera una variedad de situaciones que requieren diferentes tecnologías de sellado. Por ejemplo, los conductos de cables, las penetraciones en las paredes y las grietas en las paredes son escenarios que presentan una variedad de materiales, geometrías y otros factores. Es común que un conducto atraviese la pared exterior de un edificio o recinto. Estos conductos suelen estar soterrados, por lo que la entrada de agua es problemática. Un examen minucioso de las condiciones plantea muchas preguntas:
• ¿El área es de difícil acceso o está parcialmente obstruida?
• ¿Qué materiales deben sellarse? El plástico, el metal y el cemento son los materiales más comunes.
• ¿Cuál es el estado del conducto y la pared? ¿Es esta una instalación nueva o una entrada existente?
• ¿Qué tipo de contaminación superficial se puede detectar?
• ¿Cuánto del conducto está lleno de cable, conducto interno o tubería?
• ¿Cuáles son las dimensiones físicas del espacio a sellar? ¿La instalación es horizontal o vertical?
• ¿Existen códigos o normas específicas que el sello debe cumplir? Por ejemplo, en algunas situaciones, puede ser necesario el reconocimiento UL.

Con tantas preguntas, uno tiene la impresión de que la selección de la tecnología de sellado es extremadamente compleja. No obstante, estas preguntas simplifican la selección. La combinación de condiciones presentes en el análisis elimina rápidamente los candidatos a selladores y reduce la búsqueda. Garantizar que las necesidades estén claramente definidas permite adaptar las soluciones para satisfacer las condiciones específicas. Hay una solución para casi cualquier situación.

En muchos casos, la entrada de agua puede ser evidente. De hecho, es posible que el agua fluya activamente hacia el interior del recinto o edificio. Se pueden instalar soluciones de sellado especiales mientras la filtración está activa. ¿Qué presión debe soportar el sello? Medido como la altura de la cabeza del agua, este es un factor clave en la selección de la tecnología del sellador. En condiciones normales, es posible que el sello solo deba soportar unos pocos centímetros de altura de agua. Sin embargo, durante un evento de agua, los requisitos de resistencia del cabezal hidráulico puede ser hasta de 25 metros.Los requisitos de una solución para eventos de agua definirán qué tecnología de sellador utilizar.

La planificación y la preparación cuidadosa de la superficie son claves para un sellado exitoso. Las entradas existentes con materiales antiguos representan un desafío. El metal se oxida, el concreto se degrada y el plástico se vuelve quebradizo. La oxidación, la suciedad, la escoria y el aceite deben eliminarse antes de instalar el sello. Las nuevas instalaciones pueden presentar problemas si los materiales se dañaron durante la construcción. Siempre debe inspeccionarse el área que rodea el sello y hacer las reparaciones que sean necesarias.

Determinar la vida útil y la compatibilidad con el medio ambiente

La vida útil esperada de un sello depende de numerosos requisitos y varios factores:
• Los sellos pueden diseñarse como permanentes o temporales. A veces, se necesita un sello durante un intervalo de tiempo específico. Más comúnmente, el sello está diseñado para durar toda la vida útil del material que recibe el sello.
• Antes de instalar el cable, los conductos suelen taparse como un sello temporal. La tapa se puede quitar en el momento de instalar el cable, cuando se instala un sello más permanente.
• Los sellos pueden diseñarse para cumplir solo con la configuración actual de la abertura y los cables, los conductos internos o las tuberías que la atraviesan. Otros sellos están diseñados para que permitan un nuevo ingreso, lo que posibilita futuros cambios en la configuración.
• Los sellos deben ser compatibles con el entorno de instalación. La presencia de agua, sal, material corrosivo o solventes dictará las tecnologías de sellado. Además, la temperatura de trabajo esperada es importante.
• Las ubicaciones de los sellos sujetos a vibración o flexión pueden requerir un tipo de sello específico.

Realizar pruebas para verificar la solidez y la integridad del sello

Los sellos se instalan para cumplir con requisitos específicos. Los diversos requisitos establecen una hoja de ruta para la elección adecuada de la tecnología de sellado.
Los activos de infraestructura crítica a menudo se colocan bajo tierra para protegerlos de la caída de árboles, rayos y otros eventos climáticos. Estos incluyen transformadores y estaciones de bombeo de aguas residuales. Las presiones de la columna de agua generadas en tales instalaciones a menudo superan los 2 a 3 metros y pueden alcanzar presiones máximas mucho más altas. Los sellos de los ductos deben resistir estas presiones para mantener la funcionalidad de las instalaciones de cables de alimentación subterráneos.

Realizar pruebas rigurosas para evitar fallas debido a la presión del agua

Podemos probar previamente los selladores diseñados para mantener la presión de la columna de agua en el laboratorio sellando los conductos, agregando presión de agua y verificando que no haya fallas. Se realizan pruebas similares con aire presurizado u otro gas según sea necesario. La resistencia química se prueba sometiendo los materiales de sellado a varios agentes químicos y midiendo cualquier cambio. Esta prueba debe realizarse a las temperaturas de trabajo esperadas.

Bloqueo del agua eligiendo una tecnología de sellado confiable

Las inundaciones causan más daños económicos que todos los demás tipos de fenómenos meteorológicos. Sellar las redes subterráneas de las inundaciones es un medio eficaz de proteger valiosos activos eléctricos y de comunicaciones. Los fuertes vientos, las fuertes lluvias y las marejadas ciclónicas generadas por huracanes y ciclones se combinan para producir grandes volúmenes de agua de inundación que degradan la capacidad operativa de un sistema. Esto es especialmente cierto en áreas urbanas donde las redes subterráneas son susceptibles a inundaciones. Proteger estas valiosas redes de la penetración del agua es una prioridad absoluta.
La tecnología de sellado protege la infraestructura de las inundaciones y se presenta de muchas formas. Hay ventajas y desventajas entre las opciones de selladores, que explicamos a continuación:

• La masilla de bajo costo es un sellador antiguo con un rendimiento de sellado limitado. No retiene el agua ni la presión del aire. Es susceptible a combarse a temperaturas más altas y se deforma cuando se mueven los cables.
• El cemento/mortero, la lechada y el yeso de París también son selladores históricos. La falta de agua disponible para mezclar en el lugar los hace inconvenientes. Sus tiempos de reacción o fraguado prolongados pueden complicar aún más la instalación.
• Los sellos mecánicos prediseñados funcionan bien. Resisten altas cargas de agua y presión de gas, se quitan fácilmente y ayudan a sostener los cables; pero pueden ser un desafío en configuraciones complejas de cables o de alto relleno de conductos.
• La espuma expansiva de dos componentes de celda cerrada es una excelente opción. Las espumas de alto rendimiento se adaptan fácilmente a diversas configuraciones, se quitan fácilmente para acceder en el futuro y ofrecen una sólida resistencia a los agentes químicos. La selección de la espuma es esencial, ya que la química varía.
• El mortero de resina epóxica se puede utilizar como sellador o revestimiento, especialmente para grietas y pequeñas imperfecciones. Tiene una fuerte resistencia al agua y a los agentes químicos. Por lo general, las resinas epóxicas tienen alta viscosidad y requieren aplicación con llana.

Hacer que las tecnologías de los selladores funcionen para usted

La instalación adecuada es, obviamente, vital para el éxito al sellar. Un paso importante en cualquier instalación de sellos es la preparación de la superficie. Toda tecnología de sellado funciona mejor si el sitio está limpio y libre de contaminantes. Hacer coincidir los requisitos del sello con las capacidades de los selladores disponibles aumenta la probabilidad de éxito.

Resumen

Los eventos climáticos intensos desafían los sistemas eléctricos y de telecomunicaciones, lo que a menudo tiene como resultado graves consecuencias para las personas, la propiedad y las economías. En este documentos, hemos explorado lo siguiente:
• Cómo las inclemencias atmosféricas afectaron a las comunidades de todo el mundo, requiriendo medidas preventivas de resistencia del sistema. Los huracanes, los ciclones, los tsunamis, las inundaciones de ríos y otros desastres naturales son especialmente peligrosos y, a menudo, provocan la infiltración de agua en los sistemas eléctricos y digitales.
• Hemos descrito formas para proteger estos sistemas contra la entrada de agua con las mejores prácticas, incluida la elección óptima del sellador y las técnicas de aplicación adecuadas,
• Hemos proporcionado una hoja de ruta de las muchas variables que mejoran la toma de decisiones efectiva, y
• Hemos señalado la recompensa de invertir en la resistencia del sistema, que incluye el uso de múltiples tecnologías de sellado y la prevención de reparaciones costosas, interrupciones del servicio y tiempo de inactividad en los sistemas eléctricos y de telecomunicaciones.

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Referencias

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