Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Dpto. de Telecomunicaciones y Electrónica TRABAJO DE DIPLOMA “Sistemas de presurización en redes de cables de cobre de planta exterior” Autor: Lensky Labrado Portieles. Tutor: Ing. Julio Castellano Barroso. Consultante: Ing. Sandy Bolufé Aguila. Santa Clara, Cuba 2010 Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Dpto. Telecomunicaciones y Electrónica TRABAJO DE DIPLOMA “Sistemas de presurización en redes de cables de cobre de planta exterior” Autor: Lensky Labrado Portieles. Tutor: Ing. Julio Castellano Barroso. Email: jcastellano@vcl.etecsa.cu Consultante: Ing. Sandy Bolufé Aguila. Email: sandyb@uclv.edu.cu Santa Clara, Cuba 2010 Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicado sin autorización de la Universidad. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada. Firma del Autor Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo Firma del Responsable de Información Científico-Técnica i PENSAMIENTO La verdad científica es roca firme en la que estamos autorizados a cimentar los más sólidos conocimientos. Carlos J. Finlay ii DEDICATORIA A mis Padres: Por su paciencia, comprensión y apoyo incondicional. iii AGRADECIMIENTOS A Jorge Pedraja Valdés por su inestimable ayuda. A todos los compañeros del grupo por haber conformado una familia. A todos los profesores que me impartieron clases a lo largo de la carrera. Y en especial a mis tutores Julio Castellano Barroso y Sandy Bolufé Aguila. iv TAREA TÉCNICA Para lograr los objetivos propuestos en el presente trabajo, la investigación sigue una línea definida por un grupo de tareas, las cuales se muestran a continuación: Revisión bibliográfica y estudio de trabajos realizados sobre el tema, especialmente sobre los métodos que se aplican para diseñar e instalar redes de cables de cobre. Estudio de los diferentes sistemas de monitoreo de redes presurizadas. Visita al centro de telecomunicaciones de Santa Clara para ver de forma práctica la instalación del sistema de presurización desde el compresor presurizador hasta la red de monitoreo. Observación práctica del funcionamiento del sistema de monitoreo NiDA 2xx que actualmente se encuentra instalado en Villa Clara. Realizar de forma práctica, mediciones en el terreno y compararlas con las representadas por el sistema de monitoreo instalado. Confección del informe sobre las tareas desarrolladas en el trabajo. Firma del Autor Firma del Tutor v RESUMEN En este trabajo se realiza una contribución al estudio de los Sistemas de Presurización en redes de cables de cobre de planta exterior. Para ello se hace un recorrido por los métodos fundamentales de protección usados en estas redes describiendo sus ventajas y desventajas a la vez que se profundiza en las características principales, diseño y últimos avances de los Sistemas de Presurización dado que estos han demostrado su eficacia para lograr que el par de cable mantenga sus parámetros eléctricos en óptimo estado lo cual es una cuestión imprescindible para mejorar su uso. Además se analizan los sistemas de monitoreos de redes presurizadas los cuales son vitales para la localización exacta y en menor tiempo de las fugas de aire, permitiendo así desarrollar una política encaminada al mantenimiento preventivo en evitación de averías que se traduce en una mejoría notable del servicio a largo plazo. Por último se realiza una comparación entre las diferentes configuraciones que se pueden utilizar en estos sistemas de monitoreo y a partir de estas comparaciones se hacen valoraciones económicas que pueden ser muy útiles a la hora de seleccionar una variante a utilizar en territorios donde se encuentra la red presurizada, no monitoreada y que se vaya a emprender esta tarea por parte de ETECSA. vi TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO.......................................................................................................................i DEDICATORIA ..................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA................................................................................................................iv RESUMEN .............................................................................................................................v INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE CABLE DE COBRE...............................................................................................................6 1.1 Protección de las redes de cable de cobre de fenómenos artificiales y naturales ...6 1.1.1 Corrosión ........................................................................................................8 1.1.2 Electrólisis ....................................................................................................10 1.2 Sistemas de protección catódica para cables telefónicos con cubierta de plomo..11 1.2.1 Protección catódica .......................................................................................11 1.2.2 Uso de rectificadores en la protección catódica............................................12 vii 1.3 Protección de cables de cobre con cubierta de PVC y rellenos con gel ...............13 1.4 Presurización de cables telefónicos ......................................................................13 1.4.1 Elementos principales de los sistemas de presurización actuales.................15 ..........................................................161.4.1.1 Fuente de Alimentación (Compresor) ...................171.4.1.2 Características fundamentales de los compresores - secadores 1.4.2 Panel de distribución.....................................................................................17 ...................................181.4.2.1 Instrumentos básicos de los paneles de distribución 1.4.3 Funcionamiento de los equipos de alimentación de gas seco (Fuente de Alimentación y Panel de distribución) y presurización del cable.................................19 1.5 Diseño de los sistemas de presurización...............................................................22 1.6 Sistemas de monitoreo y gestión de la presurización ...........................................25 1.6.1 Descripción e implantación de los sistemas de monitoreo y gestión............25 ..........................261.6.1.1 Sistema Pressure MAP (Management Analysis Program) ...................................281.6.1.2 Sistema UMS desarrollado por NATELCO S.A.I.C ........................................291.6.1.3 Sistema SEGOVIA desarrollado por INELCOM ..............................................30 1.6.1.4 Sistema NiDA versión 1.15q desarrollado por NICOTRA SISTEMI S.P.A y comercializado por Canadian Puregas Equipment Limited ..............................................31 1.6.1.5 Sistema NiDA versión 2xx desarrollado por NICOTRA SISTEMI S.P.A y comercializado por Canadian Puregas Equipment Limited 1.7 Conclusiones.........................................................................................................34 CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION ............................................35 2.1 Localización de fugas ...........................................................................................36 2.1.1 Curvas gradientes..........................................................................................36 2.1.2 Métodos de localización de fugas.................................................................39 viii 2.1.3 Localización precisa de una fuga..................................................................44 2.1.4 Supervisión por telemedición .......................................................................45 2.2 Partes principales de los sistemas actuales de monitoreo y gestión .....................45 2.2.1 Transductores de presión (TP)......................................................................46 2.2.2 Unidades de adquisición de datos (UAD).....................................................53 2.2.3 Unidad de gestión central (UGC) .................................................................54 2.3 Sistema de Monitoreo NiDA 2xx .........................................................................55 2.3.1 Estructura del Sistema ..................................................................................55 2.3.2 Localización de fugas ...................................................................................56 2.3.3 Registros .......................................................................................................57 2.3.4 Configuraciones del NiDA 2xx ....................................................................57 ...............................................572.3.4.1 La Configuración Base de Datos Distribuida ..592.3.4.2 Propuesta de Configuración de Base de Datos Distribuida para ETECSA ............................................................592.3.4.3 La Configuración Cliente - Servidor ....................612.3.4.4 Propuesta de Configuración Cliente - Servidor para ETECSA 2.4 Conclusiones del Capítulo ....................................................................................62 CAPÍTULO 3. COMPARACION Y VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO……. .............................................................................................................63 3.1 Comparación entre los sistemas de monitoreo que existen actualmente ..............63 3.2 Problemáticas que se solucionan con el empleo del Sistema NIDA 2xx .............73 3.3 Análisis económico de la implementación de las configuraciones del NIDA 2xx en ETECSA.......................................................................................................................73 3.4 Conclusiones del Capítulo ....................................................................................75 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................76 Conclusiones.....................................................................................................................76 ix Recomendaciones .............................................................................................................77 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................78 INTRODUCCIÓN 1 INTRODUCCIÓN Con el devenir de los años, las redes de cable de cobre, han ido incrementando su utilidad en la prestación de servicios de telecomunicaciones. Es por ello que para la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. (ETECSA), se ha convertido la misma en una red de soporte de gran importancia para garantizar la máxima calidad en los servicios, que han ido aumentando cada día, tanto en cantidad como en la diversidad de los mismos. Ya a partir de los años noventa, comienzan a surgir en el mundo los nuevos estándares de la UIT-T, referidos a los servicios digitales punto a punto, siendo la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) una red, que ofrece conexiones digitales de extremo a extremo, siguiendo los protocolos establecidos en el modelo OSI (Hegering, 1999b). La misma brinda independientemente de la naturaleza del receptor y la información a transmitir, la posibilidad de soportar aplicaciones de voz y datos, ya sean conmutadas o no. El surgimiento de varias tecnologías para utilizar al máximo el uso de los pares de cobres, como pueden ser las Líneas Digitales de Abonado (xDSL del inglés x Digital Suscriber Line) y sus múltiples variantes han posibilitado que se necesiten cada día de redes de cobres mas protegidas y que tengan una fiabilidad máxima, para todos los soportes que se instalen en las mismas (Senia y Moliner, 2001). Inicialmente la confiabilidad de las redes de cobre se basaba en los métodos de protección que se instalaban teniendo en cuenta las características físicas, relacionadas con el tipo de coraza instalada en la central telefónica y al equipamiento existente para garantizar su protección. La operación y mantenimiento de estas redes dependía en extremo de un personal técnico calificado y con experiencia para solucionar las averías que se presentaban en parámetros que afectaban directamente la calidad del servicio. INTRODUCCIÓN 2 Para la redes de cobre con coraza de plomo que se instalaban, el uso del rectificador de protección catódica, brindaba la posibilidad de que las corazas fueran mas duraderas y los parámetros de aislamiento, capacidad, desbalance y continuidad fueran los adecuados para permitir una calidad de servicio aceptable en aquellos momentos. El los años 90, a raíz del proceso de digitalización en ETECSA, se instalan en varias centrales los cables de polietileno rellenos como alternativa de sustitución de las corazas de plomo existentes, siendo este un método que logra proteger la red soterrada de la entrada de agua y humedad pero que presenta varias desventajas como son: la imposibilidad de ser presurizados y gestionados, posible afectación de los parámetros técnicos referidos al aislamiento y capacidad debido a que los pares telefónicos estaban cubiertos de gel y en los empalmes se hacía difícil la operación y mantenimiento, constituyendo los mismos, fuente de futuras interrupciones del servicio. El surgimiento de la presurización en los años 40 constituye hoy el método más importante de protección de las corazas de plástico tipo PVC que se usan en la actualidad. Este método presenta grandes ventajas respecto al mencionado anteriormente, principalmente, porque ya no se requerían de los rectificadores de protección catódica que debían ser instalados a las corazas, además de que la protección por medio de aire inyectado a la coraza, ofrece parámetros de calidad muy superiores fundamentalmente a los aislamiento de los pares de cobre y capacidad entre los hilos del propio par telefónico. Con la presurización los gastos referidos a la operación y mantenimiento, son muchos menores, entre otras causas por la posibilidad de ser una red hermética, que no permite la entrada del agua y humedad a las corazas, además de que brinda la posibilidad de ser gestionada, usando los dispositivos y elementos llamados transductores que permiten con su acoplamiento a un sistema de gestión, la posibilidad de realizar un trabajo más eficiente en los aspectos referidos a la localización de las interrupciones y disminución de los gastos por conceptos de demoras en solucionar las averías y por empleo de recursos materiales y humanos. La presurización de las redes de cobre, lleva consigo para aumentar su eficacia, el empleo de un sistema de monitoreo constante y eficiente, que impida que ocurran averías que no sean detectadas y traigan consigo una degradación notable de la calidad del servicio, lo cual se puede resumir, como la necesidad de evitar que el proceso de inyección de aire se puede INTRODUCCIÓN 3 convertir tras una avería y escape del mismo en la red, en un punto de entrada de humedad o agua a la misma. Esto traería consigo una notable degradación de los parámetros de calidad del servicio (Belleza y Szymancyck, 2000). En los inicios de la presurización, los métodos de monitoreo se basaban en el uso de llaves o contactores de presión instalados a lo largo del cable, los cuales ante una caída de la presión del aire en los mismos, enviaban una alarma para la central telefónica. Al detectarse la alarma el personal de la operación, debía guiarse por la misma y localizar la interrupción, utilizando métodos tradicionales que provocaban que los tiempos de atención a las interrupciones, detección, localización y cierre de las averías, fueran excesivos en reiteradas ocasiones. Ya en los años 90, surgen los sistemas automatizado de monitoreo y gestión de las redes presurizadas, teniendo como característica fundamental, la posibilidad de gestionar en forma real los parámetros referidos a los niveles de presión en todos los puntos de las corazas de cables y el cálculo de forma automatizada de los puntos donde se pueden localizar las posibles fugas de aire, conocidos como localización de fallas. La información que brindan los transductores de presurización instalados en las rutas neumáticas, y el envío de la misma desde las unidades de adquisición de datos, hacia el programa o software que monitorea las corazas, son la base de los cálculos de los lugares donde pueden ocurrir las fallas en la red presurizada. La implementación de estos sistemas trajo consigo la reducción notable en los tiempos referidos a la atención de las interrupciones y una mayor eficiencia en la utilización del personal y atención del servicio. Los sistemas de monitoreo y gestión, se han caracterizado por su variedad y por las ventajas que con el desarrollo de las telecomunicaciones han ido ofreciendo cada uno de ellos. Entre los fabricantes que se dedican a la creación de sistemas de este tipo en el mundo, están el Software Pressure MAP (Management Analysis Program), desarrollado por la Empresa Norteamericana privada System Studies Incorporated, el Sistema de Monitoreo Unificado (UMS del inglés Unified Monitoring System) producido y comercializado por NATELCO S.A.I.C, el SEGOVIA producido y comercializado por INELCOM y el Sistema de Adquisición de Datos Nicotra (NiDA, del inglés Nicotra Data Acquisition) producido por la firma Italiana NICOTRA SISTEMI S.P.A. y comercializado INTRODUCCIÓN 4 por Canadian Puregas Equipment Limited, que es el que se utiliza en Cuba desde finales de los años 90. Para ETECSA, otro de los factores que han influido en la decisión de implementar los sistemas de monitoreo y gestión NiDA 1.15q y NiDA 2 xx desde el 2009, ha sido la compatibilidad de los mismos, o sea la posibilidad que ofrecen ambos de utilizar todo el equipamiento referido a transductores y unidades de adquisición de datos que se encuentran hoy instalados en las centrales telefónicas (Torres y Vivian, 2004). Dado que las redes de cables de cobre no han podido ser sustituidas por otras vías de transmisión por causa de sus ventajas respecto a costo, facilidad de ramificación en función del servicio de telefonía y a la existencia de miles de kilómetros ya instalados, es una cuestión básica, tanto del punto de vista cultural como técnico, dotar al personal que operará en las futuras instalaciones de planta exterior de una central telefónica de una herramienta que provea los conocimientos básicos de los fundamentales métodos de protección usados en estas redes, por lo cual el objetivo principal de este trabajo es realizar un estudio que permita caracterizar los Sistemas de Presurización que se instalan en redes de cables de cobre de Planta Exterior, específicamente, sus partes, diseño, parámetros que rigen su funcionamiento, distintos tipos de sistemas de monitoreo y a partir de una comparación entre las diferentes configuraciones que se pueden utilizar en estos sistemas hacer valoraciones económicas que pueden ser muy útiles a la hora de seleccionar una variante a utilizar en territorios donde se encuentra la red presurizada, no monitoreada y que se vaya a emprender esta tarea por parte de ETECSA. Con vistas a lograr la idea central de la investigación se trazaron los siguientes objetivos específicos: Caracterizar los aspectos generales de los sistemas de protección que se emplean en las redes de cable de cobre. Describir las características principales, diseño y últimos avances de los sistemas de presurización. Comparar y seleccionar de los sistemas que se emplean para el monitoreo de las redes de cobre presurizadas el de mejor aplicabilidad para la empresa. INTRODUCCIÓN 5 Organización del Informe El informe de la investigación se organiza de la siguiente forma: resumen, introducción, capitulario, conclusiones y recomendaciones, referencias bibliográficas. Introducción Se realiza una reseña donde se define la necesidad, actualidad e importancia del tema que se aborda y se mencionan los elementos del diseño teórico. Capítulo I Se hace un recorrido por los métodos fundamentales de protección usados en las redes de cable de cobre describiendo sus ventajas y desventajas a la vez que se profundiza en las características principales, diseño y últimos avances de los Sistemas de Presurización. Capítulo II Se analizan los sistemas de monitoreos de redes presurizadas los cuales son vitales para la localización exacta y en menor tiempo de las fugas de aire. Capítulo III Se realiza una comparación entre las diferentes configuraciones que se pueden utilizar en los sistemas de monitoreo y a partir de estas comparaciones se hacen valoraciones económicas. Conclusiones Se describen los resultados obtenidos a partir de los objetivos trazados inicialmente. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 6 CABLE DE COBRE CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE CABLE DE COBRE Dado que las redes telefónicas de planta exterior son redes de cables de cobre de decenas de kilómetros que regularmente recorren tramos soterrados y aéreos, para ellas se deben diseñar sistemas que las protejan de las condiciones agresivas del clima de nuestro país (humedad, lluvias y temperaturas). Como resultado de esta necesidad han surgido varios métodos de protección de acuerdo a la época y al desarrollo tecnológico que se alcanza en esta. Ejemplos de estos métodos han sido el uso del rectificador catódico, más tarde el uso de cable de cobre con cubierta protectora de PVC rellenos con gel y luego con la aplicación de las nuevas tecnologías en el campo del control computadorizado de procesos y los software, surge el método de presurización y gestión de las corazas de cobre. Todos estos métodos van dirigidos a alcanzar objetivos de conservación de las propiedades óptimas de estas redes para obtener mayor fiabilidad de las comunicaciones en general, o sea, mayor duración de las instalaciones, reducción del costo por concepto de averías y mantenimiento, reducción de los problemas de atenuación, diafonía y ruido, etc. 1.1 Protección de las redes de cable de cobre de fenómenos artificiales y naturales Las instalaciones de la planta exterior están, por sus características, permanentemente expuestas a los fenómenos ambientales, naturales y/o artificiales. Ello degrada su calidad constructiva, lo que provoca perturbaciones en la transmisión y señalización, además de que constituyen una causa de riesgo para la seguridad de los equipos, personal, usuarios o a terceros. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 7 CABLE DE COBRE Los daños producidos se pueden originar por fenómenos eléctricos, electroquímicos y biológicos lo que ocasiona grandes desembolsos por: a) Localización y reparación de las averías b) Sustitución de partes dañadas c) Subsanar los daños causados al personal d) Evitar la interrupción y/o degradación del servicio e) Reducción de la vida útil de los elementos de planta Los perjuicios son mayores en sistemas con tecnología de alta complejidad o capacidad, como son los actualmente instalados. Esto genera la necesidad de considerar en el diseño las alternativas de un mejor trazado, las separaciones necesarias con líneas de energía eléctrica u otros servicios y/o consideración de prever protecciones eléctricas o mecánicas, adecuadas a cada caso. Si bien las características de fabricación de los equipos y elementos de la planta exterior evolucionan con mejores características protectivas, su miniaturización y técnicas de transmisión más sensibles, provocan un tratamiento más cuidadoso. Los métodos de protección a emplear, están directamente ligados tanto al alto grado de tecnología utilizada en la confección de cables, materiales y equipos usados, como a los métodos de su instalación, construcción y del mantenimiento. Conforme se mejoren estos, la red y por ende los servicios, adquirirán mayor confiabilidad. Algunos de los fenómenos naturales que afectan las instalaciones de la planta exterior son los cambios de temperatura, la humedad y las lluvias, las inundaciones, los vientos, la nieve, la salinidad, la exposición solar, los terremotos, los deslizamientos del terreno, las aguas termales, los insectos, roedores y aves, las descargas atmosféricas, etc. De estos casos tienen especial importancia (Belleza y Szymancyck, 2000): Los cambios de temperatura que pueden ser de hasta 20º C anuales en cables soterrados. Las dilataciones y contracciones longitudinales provocan daños como rajaduras o fisuras a las cubiertas y empalmes de los cables. La humedad y la lluvia, dado que la humedad relativa en los lugares soterrados donde se encuentran las instalaciones se puede considerar del 100 por 100. Tal CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 8 CABLE DE COBRE grado de humedad crea una disminución del valor de aislamiento eléctrico de los pares y provoca una degradación de las propiedades mecánicas de los materiales expuestos debido a su acelerada corrosión. Los empalmes y las cajas terminales de fácil acceso, son los más afectados por la introducción indeseable del agua. La salinidad en zonas industriales o cercanas al mar. La atmósfera reinante esta cargada de partículas abrasivas como sales, sulfuros, amoniacos, los que provocan alta corrosión. Estudios estadísticos indican que la ocurrencia de averías producidas en áreas cercanas hasta 100 metros del mar tienen un porcentaje del 100 por 100, mientras que a la distancia de 500 metros, es del 70 %. Los insectos, roedores o aves en especial en zona rurales producen importantes daños a las instalaciones telefónicas. Las descargas eléctricas también representan un peligro del cual hay que tomar medidas de protección desde que se diseñan y construyen las redes. Las descargas indirectas de rayos o relámpagos, crean sobretensiones en las líneas aéreas y soterradas próximas a ese punto. La superficie afectada puede ser grande en zonas de elevada resistividad del suelo que no disipen la energía del impacto. La afectación producida depende no solo de la energía liberada, sino de la topología del suelo y de la cercanía con otras instalaciones existentes: ductos metálicos, rieles edificaciones y estructuras, antenas, pararrayos, etc. 1.1.1 Corrosión Los fenómenos de corrosión comenzaron a estudiarse por los romanos 250 años A.N.E., la protección contra la corrosión ha sido tema de interés e inquietudes durante siglos. En la telefonía esto tiene gran influencia y determinación para el buen funcionamiento de la misma y es precisamente en esa dirección donde se analiza como influye este elemento. La corrosión es un proceso químico o electroquímico que se produce bajo el efecto del medio ambiente, se inicia desde la superficie del metal y culmina con la destrucción total del mismo puesto que el metal desde el punto de vista termodinámico es inestable, o sea, si óxido fue en un principio tiende a convertirse en óxido (Belleza y Szymancyck, 2000). CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 9 CABLE DE COBRE En la planta exterior los considerables gastos que ocasiona la localización de las averías en sus instalaciones, las interrupciones del servicio y la menor calidad de los cables reparados evidencian la importancia de una protección adecuada contra los distintos tipos y causas de la corrosión, esta última idea se analiza a continuación: Corrosión química: es el proceso regido por las leyes de la cinética química de reacciones heterogéneas y se produce sin estar acompañada de una corriente eléctrica; los átomos metálicos reaccionan químicamente con la sustancia agresiva. Corrosión electroquímica: se corresponde con el proceso de las leyes electroquímicas y se manifiesta cuando viene acompañada del paso de una corriente eléctrica (formación virtual de una pila electroquímica). Corrosión por contacto de metales diferentes: ocurre en las superficies de contacto entre dos metales de diferentes potenciales electroquímicos y debido a esto se produce un efecto de pila galvánica entre ellos al perderse su equilibrio, por ejemplo, este efecto se producirá en los contactos bimetalitos entre cobre y aluminio. Cuando se produce una corrosión electroquímica, existen dos tipos de proceso en la acción recíproca de las sustancias reactivas (electrólitos y el metal) los cuales son: Proceso anódico: es la disolución del metal en forma de iones hidratados, donde el metal retiene un número equivalente de electrones. Proceso catódico: es la absorción por cualquier despolarizador (ión, átomo o molécula) del exceso de electrones s de un metal, estas se reemplazan mediante un movimiento de electrones dentro del metal, del ánodo al cátodo. Los daños debido a la corrosión en la cubierta de un cable, dependen de los siguientes factores: El tipo de proceso de corrosión de que se trate. Los metales que compongan la cubierta y la armadura. El tipo de protección utilizada contra la corrosión. El ataque de la corrosión puede ser uniforme, difundido y disparejo o concentrado en ciertos puntos (picadura). CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 10 CABLE DE COBRE Los instrumentos que más se usan en las mediciones de la corrosión son voltímetros y milivoltímetros, amperímetros y registradores. En la práctica se recomiendan instrumentos de alta impedancia que sean multímetros con doble escala (tipo galvanómetro), estos instrumentos deben tener varios rangos de mediciones que permita utilizarlos con múltiple propósitos que van desde las lecturas de los potenciales (décimas de volt) hasta el voltaje y amperaje de los rectificadores. En estas mediciones se obtiene el potencial del cable y este no puede ser mayor de 1500 mV, si es mayor de 1500 mV ocurre el proceso contrario y se autodestruye el cable. 1.1.2 Electrólisis La electrólisis es un proceso de corrosión que surge en el suelo como consecuencia de corrientes de fuga procedente de alguna instalación eléctrica externa que penetra en la cubierta del cable y que después salen de ella. Esto se debe a que estos sistemas producen una diferencia de potencial entre distintos puntos del suelo, las cubiertas de los cables actúan como conductores de baja resistencia entre estos puntos, recibiendo corrientes en las zonas catódicas y permitiéndole escapar en las zonas anódicas. Generalmente las cubiertas metálicas y las armaduras de flejes solo resultan dañadas en las zonas anódicas (corrosión anódica), no obstante, se puede producir un tipo especial de electrólisis de ciertos metales o aleaciones en zonas catódicas (corrosión catódica) cuando el electrólito contiene una proporción anormal de sales de calcio, sodio o potasio con elevados valores de PH. Esta corrosión afecta más a la cubierta de aluminio y en el plomo se produce cuando el potencial no es suficientemente negativo, debido al carácter anfoterito de los óxidos de plomo que combinan propiedades básicas y acidas débiles. Se debe tener cuidado que el potencial negativo producido en la cubierta de un cable de plomo por la protección catódica no se torne insuficiente, especialmente si el plomo se encuentra en un medio fuertemente alcalino. El plomo es atacado más por las corrientes continuas con polarización de 100 mV (se admite como máximo 20 mV) y en menor medida por fuentes de CA de 16 2/3 Hz (tensión cresta a cresta de 4 V). CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 11 CABLE DE COBRE 1.2 Sistemas de protección catódica para cables telefónicos con cubierta de plomo Estos sistemas de protección se desarrollan a partir de que los fenómenos de corrosión ocasionan grandes pérdidas a la economía. Cuando un cable telefónico sufre los efectos de la electrólisis, se interrumpen total o parcialmente los servicios que presta el mismo, provocando que se dejen de percibir los ingresos por estos conceptos, además de que hay que sustituir la sección dañada lo que ocasiona costos adicionales. Actualmente no se puede lograr la protección anticorrosivo total, o sea, anular completamente los efectos de la corrosión, en la práctica lo que se trata es de disminuir bastante esos efectos y tratar de alargarle la vida útil a estos cables, que aun hoy existen instalados en las redes de telecomunicaciones. Para ello existen tres tipos de protección: Protección constructiva: es aquella protección anticorrosiva cuando el objetivo que se protege se elabora de una manera y de un material que contrarresta los efectos de la corrosión. Protección pasiva: reduce los efectos de la corrosión sobre el material de estructura, utilizando algún tipo de revestimiento para separar del medio que produce la corrosión. Protección activa: utiliza métodos para impedir parcial o totalmente la disolución de las estructuras metálicas, este método es la protección catódica y la protección anódica o la combinación de ambas. 1.2.1 Protección catódica La protección catódica de una superficie metálica es donde se produce corrosión por acción local, todo ataque de un metal en medio electrolítico va acompañado del paso de una corriente, en el caso del plomo no aparece corrosión cuando existe una corriente en el metal para bajar el potencial por debajo de su valor límite de protección. Es posible evitar la corrosión cuando la corriente intercambiada entre el metal mas noble y el menos noble a través del suelo penetre en el metal menos noble, este método es conocido como protección catódica. La misma se basa en la existencia de un potencial de inmunidad al que se debe llevar al metal a proteger a través de una corriente externa creada para ese efecto. Para lograr ese objetivo hace falta un metal que se comporte como ánodo de sacrificio, CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 12 CABLE DE COBRE convirtiendo al cable en cátodo pasando la corriente del ánodo al cátodo. La superficie metálica por donde pasa la corriente al electrólito (ánodo) se corroerá y la superficie corriente del electrólito (cátodo) se protegerá. En la práctica lo que se hace es unir eléctricamente el cable de plomo a un metal menos fuerte (generalmente se usa el zinc o el magnesio), para esa unión se usan cables eléctricos TW No. 2, 4, 6 y 8, la distancia mínima entre el cable y el ánodo es de tres metros, el cable eléctrico que une el plomo con el ánodo debe tener un buen espesor y estar aislado, esto es para evitar las caídas de tensiones y un innecesario consumo de corriente para su protección. Los ánodos de magnesio se emplean en aquellos lugares donde no es posible colocar los rectificadores, y son instalados en los registros o lugares cercanos al cable telefónico. 1.2.2 Uso de rectificadores en la protección catódica El rectificador es un equipo que convierte la corriente alterna (110 V AC) en corriente continua (pueden seleccionarse varios voltajes hasta 50 V DC), en este se conecta el cable de plomo al polo negativo de dicho rectificador y el polo positivo se conecta a un material que su función es sacrificarse, o sea, irse deteriorando con el tiempo, de ahí viene el nombre ánodo de sacrificio, estos generalmente están constituidos por grafitos, aleaciones de hierro, silicio, zinc, etc; para estas conexiones se usa cable eléctrico No. 10. El rectificador debe estar situado en el centro de los cables a proteger para que el reparto de corriente sea uniforme, los cables en los registros deben estar vinculados metálicamente entre ellos para que todos sean protegidos, los ánodos deben estar lo mas alejados posibles del cable (se recomienda una distancia mínima de 25 metros). Para valores de resistividad iguales o inferiores a 50 Ω-m se pueden utilizar los dos procedimientos de la protección catódica descritos anteriormente, aunque en la práctica el mas usado es el de los rectificadores. En los últimos años los cables telefónicos con cubierta de plomo que se han fabricado, tienen un revestimiento protector para evitar la corrosión. En la actualidad los cables que se fabrican son con cubierta plástica, y en los mismos, los efectos de la corrosión no existen. Es por ello que en el futuro cuando los cables de plomo que están actualmente prestando CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 13 CABLE DE COBRE servicio terminen su tiempo de vida útil y haya que sustituirlo por cables plásticos, la corrosión dejara de ser un problema en la telefonía. 1.3 Protección de cables de cobre con cubierta de PVC y rellenos con gel En ETECSA, a finales de los años 90, con el comienzo de las digitalizaciones de los centros de telecomunicaciones de mayor importancia, fundamentalmente en la Ciudad de la Habana y en las cabeceras provinciales, se proyectó el empleo de cables telefónicos, que en su interior estaban rellenos con gel, con el objetivo de tener una red soterrada, protegida contra la humedad y la penetración del agua. Se debe destacar que estos cables, sustituirían a los cables de plomo antiguos que estaban instalados, muchos de los cuales, solo tenían los sistemas de protección catódica instalados, y los que estaban presurizados, por su antigüedad, solo soportaban bajos niveles de aire a la salida de los compresores, por su estado técnico, por lo que la presurización no era del todo eficiente en la red soterrada. Realmente, por las dificultades que se presentaban para la operación y mantenimiento de los cables y las necesidades de herramientas e instrumentos para explotar los mismos, la empresa, decide finalmente no instalar los mismos y comenzar de forma acelerada a implementar los sistemas de presurización, monitoreo y gestión de las nuevas redes que se comenzaban a instalar, por ser los mismos mas eficientes y duraderos, lo cual si bien significó un gasto inicial en recursos, equipamiento, etc; sí contribuyó notablemente a la mejoría que han tenido las redes de cables soterradas en la actualidad. 1.4 Presurización de cables telefónicos Como evolución lógica de los métodos que se empleaban para proteger las redes de cables soterradas y aéreas, los cuales fueron descritos anteriormente, finalmente se llega al método de la presurización y gestión de los cables telefónicos. Este método no permite la entrada de humedad al interior de las corazas protectoras de los cables manteniéndolos en un ambiente estable y seco, produciendo así un ahorro en los costos de mantenimiento y aumento de la confiabilidad de las redes a largo plazo. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 14 CABLE DE COBRE La presurización es un método que se emplea para mantener las características eléctricas de una red de cables telefónicos y es aplicada tanto a corazas con cubiertas de plomo y plástico como a corazas que presenten ambas combinaciones (poliplomo). La misma no se aplica para las redes de cables rellenos por la imposibilidad de poder bombear aire a través de un cable relleno con gel, que no permite la entrada y circulación del aire por el mismo. Igualmente, con el surgimiento de la presurización de los cables telefónicos, surge también la posibilidad de ser gestionados en tiempo real, o sea, de conocer en cualquier sección del mismo, la presión de aire existente y el estado general del cable. La presurización del cable telefónico consiste en introducir y mantener dentro del cable un gas a una presión mayor a la atmosférica o hidráulica a la que está sometido el mismo en el medio donde se encuentre, con el propósito de evitar la penetración de agua o humedad al interior de los mismos, si estos presentaran daños o defectos en su cubierta protectora o en sus elementos asociados. Esto se efectúa mediante la inyección de gas seco a presión dentro del cable, creando una cámara neumática mediante el sellado con tapones de los extremos de los cables en las secciones a proteger, logrando así, la sobrepresión interna adecuada (Belleza y Szymancyck, 2000). Entonces, si la cubierta del cable o mangas de empalmes tuviesen alguna grieta o perforación, el gas a presión escaparía por ella impidiendo la entrada de agua dentro de la coraza del cable como se ve en la figura 1. Adicionalmente, este sistema brinda un medio económico y eficiente para la detección y localización de averías en las corazas antes que el servicio se vea afectado. Mediante el uso de indicadores de flujo del gas ubicados en el edificio de la oficina central, el personal de mantenimiento podrá enterarse rápidamente de la existencia de una fuga de gas. Asimismo esta fuga causa una caída de la presión interna y una redistribución de los valores de las presiones a lo largo del cable que permite localizar fácilmente el punto de falla y con ello se consigue reducir el tiempo requerido para las reparaciones. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 15 CABLE DE COBRE Figura 1. Esquema principal del cable presurizado. Una red de cables presurizados ideal es aquella que no tiene fugas, presión constante y flujo de aire pequeño. Para lograrlo es imprescindible una fuente de alimentación (Compresor o Secador de Aire) bien dimensionado que pueda incrementar el flujo y así compensar las pérdidas, y un sistema de monitoreo y gestión, de manera que se conozca en tiempo real la situación en cada coraza para poder solucionar las fugas que puedan producirse antes que se deterioren los parámetros físicos del cable y se interrumpa. La principal ventaja de los sistemas presurizados con respecto a los cables rellenos con gel, es que permiten obtener lo más exacto posible el punto donde se ha producido la fuga, además de que la circulación continua de gas seco mantiene el aislamiento. Esto reduce los problemas de atenuaciones, diafonía, ruido, etc y proporciona estabilidad en el servicio telefónico bajo cualquier condición ambiental (Plath, 1997a). 1.4.1 Elementos principales de los sistemas de presurización actuales Un sistema de presurización, aplicado a un cable o red de cables está conformado por sus fuentes de gas seco, sellos de bloqueo, medidores del flujo de gas inyectado, manómetros que indiquen su presión, dispositivos de registro y/o alarmas distribuidos a lo largo del cable como pueden ser manóstatos o transductores de presión (TP). CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 16 CABLE DE COBRE Por otra parte, cuando el cable tiene una alta capacidad de gas y la falla no es muy grande esta puede ser dejada de reparar por cierto tiempo permitiendo programar las reparaciones y no tener que ser efectuada sobre una base de emergencia. En resumen, la presurización en los cables significa un considerable ahorro en los costos de mantenimiento y un aumento de la confiabilidad de las redes. 1.4.1.1 Fuente de Alimentación (Compresor) El Compresor es el que suministra el aire seco necesario para mantener la red de cable bajo presión (ver figura 2) y básicamente se encarga de comprimir el aire del ambiente, extraerle la humedad e inyectarlo a los cables a presión regulada. De forma general este tiene las funciones siguientes: Sustituir el volumen de gas que haya escapado de la red de cable bajo presión. Mantener los valores de presión especificada en todos los cables de la red. Suministrar la cantidad suficiente de gas a una sección cualquiera de la red de forma tal que en caso de fuga importante la presión garantice protección. Alimentar la red de cable una vez realizadas ampliaciones previstas. Figura 2. Compresor de aire. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 17 CABLE DE COBRE 1.4.1.2 Características fundamentales de los compresores - secadores Para asegurar un suministro eficaz de aire seco el compresor- secador deberá contar con características y dispositivos de seguridad que se mencionan a continuación: La humedad relativa del aire de salida no deberá ser superior al 5% en las condiciones ambientales de inyección. Sistema sensor de humedad que active un dispositivo de alarma o interrumpa el funcionamiento del compresor cuando el aire suministrado presente una condición de sequedad mayor a la permitida. Sistema sensor de valor de presión regulable, que active una alarma cuando la presión de salida sobrepase ciertos límites máximos o mínimos establecidos. Sistema automático que desvíe el aire húmedo hacia la atmósfera evitando así su inyección en los cables. Sistema de conexión automática de cilindro auxiliar que actúe cuando se produzca el suministro incorrecto de aire húmedo o cuando el equipote deje de entregar gas por falta mecánica o falta de energía eléctrica. La presión de salida debe ser regulable. Dispondrá de la facilidad para probar rápidamente si el circuito detector de humedad esta funcionado satisfactoriamente. Estará equipado con un filtro recambiable que impida el paso de aceite o vapor de aceite desde la unidad compresora. 1.4.2 Panel de distribución El panel de flujo o panel de distribución es un equipo que se utiliza para la distribución y el cómputo del aire que se inyecta. Este cuenta con facilidades para distribuir entre los distintos cables el aire procedente del compresor, medir la cantidad que se le suministra por hora a cada uno de dicho cables y registrar el volumen total suministrado. Los paneles pueden tener 5, 10 o 20 salidas como se puede apreciar en la figura 3. Hay varios modelos de paneles de distribución entre los que se pueden mencionar: Con metro contador de gas solamente. Sin metro contador de gas. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 18 CABLE DE COBRE Sin metro contador de gas pero con transductor de flujo. Sin metro contador de gas pero con transductor de flujo, manómetro y regulador. Figura 3. Panel de distribución. Las funciones básicas que tiene un panel de distribución se pueden resumir en los aspectos siguientes: Distribuir ente los distintos cables el aire procedente del compresor- secador. Medir el flujo de aire que se suministra a cada cable o grupo de cables, a fin de determinar cuando es necesario cuando es necesario realizar reparaciones en los cables. Medir el volumen total de aire suministrado en los cables. Proporcionar un conjunto de instrumentos de medición, ubicados en forma central, a fin de que resulten de fácil accesibilidad para medir y registrar las condiciones de la red de la planta externa. 1.4.2.1 Instrumentos básicos de los paneles de distribución Los paneles de distribución en su estructura poseen dos instrumentos básicos para realizar sus funciones: Contador de volumen: registra el control de volumen total de aire suministrado por el compresor. La lectura viene dada en CF (pies3), medidos a la presión de inyección. Medidor de flujo (rotámetro o caudalímetro): su función es medir constantemente el aire que se suministra a cada cable. Los rotámetros son las unidades individuales de CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 19 CABLE DE COBRE medición y control del flujo de los cables y cada uno esta previsto de una llave de paso de modo que, si se desea, se corta la alimentación de aire a un cable determinado. Es por ello que para seleccionar el tipo de panel de distribución a utilizar en una red de cables presurizada, independientemente del modelo, es necesario determinar el número de rotámetros que se necesitan para distribuir aire a una cantidad de cables determinada y por tanto esto daría la cantidad de paneles a utilizar en el diseño del sistema. Es por ello que se debe conocer con exactitud la cantidad de corazas a presurizar y las perspectivas futuras de ampliación de la red de cables existentes. Siempre es importante recordar que el propósito de la presurización es proteger los cables de la humedad en condiciones normales y en emergencia, por lo tanto se debe asegurar que en el punto de alimentación exista la presión y los flujos más altos posibles, por lo tanto se deben reducir todas las restricciones entre el compresor y el punto de alimentación y además se debe obtener una caída de presión mínima entre el compresor y el punto de inyección. 1.4.3 Funcionamiento de los equipos de alimentación de gas seco (Fuente de Alimentación y Panel de distribución) y presurización del cable El equipo de alimentación del sistema está compuesto por un compresor, que a través del panel de distribución, inyecta aire atmosférico comprimido a cada uno de los cables que salen de la central a la planta exterior, este aire se filtra y seca a una presión especificada entre 500 y 700 g/cm2) a cada uno de los cables que salen de la central a la planta exterior. La inyección de gas se realiza en la galería de cables por medio de una válvula colocada en la cubierta de cada cable. Para convertir a los cables en cámaras neumáticas en sus extremos se les provee de sellos a fin de bloquear la salida del gas. En este sistema de cables presurizados se instalan válvulas a lo largo del cable que posibilitan la toma de presiones de forma manual para los casos de tramos en los que no se disponga de transductores y que sirvan también para aproximar con más exactitud la ubicación de la fuga. Mediante manómetros digitales de precisión se puede medir en esas válvulas la presión interna del cable. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 20 CABLE DE COBRE Si se hace necesario salvar un sello, de modo que el gas pase de una sección a otra, de un cable a otro o se desee impedir el escape de gas en un tramo que se esté interviniendo por reparación o renumeración del mismo, se dispone en estos puntos, de tubos de interconexión provistos de válvulas de paso (by pass). Comúnmente se utilizan para mantener la presión interna de los cables gases como nitrógeno o el aire atmosférico. Estos gases deben estar exentos de polvo o aceite, por lo que se efectúa su filtrado. Existen tres sistemas básicos de alimentación de aire: Método de alimentación estático: consiste en la inyección de gas seco comprimido proveniente de cilindros neumáticos de nitrógeno. Método clásico de flujo continuo: consiste en la inyección permanente y a presión constante de gas seco utilizando equipos compresores – secadores. Método de flujo continúo por tubería de alimentación (gasoducto): inyección permanente de gas seco por tuberías instaladas paralelamente a los cables, utilizando equipos de distribución instalados a intervalos en toda la red. El sistema de presurización más utilizado es el clásico de flujo continuo, pues no necesita un alto grado de hermeticidad de las corazas, permite ignorar fugas pequeñas y puede mantener la presión de protección mínima requerida. También se debe destacar que en las centrales telefónicas que tienen pocas corazas alimentadoras y que recorren cortas distancias fundamentalmente soterradas se utiliza actualmente el método de alimentación estático. En la figura 4 se destaca la necesidad del uso del tapón de aire en determinada posición del cable presurizado. Este tapón es una masa constituida por un producto endurecible (generalmente resinas) inyectado en el espacio libre del cable para cerrar el paso del gas y se emplea para evitar que el aire que se encuentra dentro de una coraza se escape hacia la “forma” o hacia otro ramal u otra sección del propio cable, de acuerdo con los propósitos perseguidos. Los tapones de aire en los cables de plomos se hacen inyectándole a la coraza una mezcla de cera y pez rubia a alta temperatura, y su tamaño dependerá del tamaño de las corazas. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 21 CABLE DE COBRE Los tapones de aire en los cables de poly se hacen inyectándole a presión a la coraza resina epóxicas (una mezcla de resina y un catalizador) o poliuretano. Los tapones se colocan en correspondencia con los empates y respecto al punto de alimentación neumática, debajo de éstos y siempre en posición horizontal. Cuando se realiza un empate entre cable plástico seco y cable relleno, el tapón se coloca antes del empate. La distancia del tapón desde el empate debe ser tal que permita la operatividad en caso de posible reacceso al empate. La confección de los tapones se realiza de acuerdo con las indicaciones del fabricante de los componentes, por lo tanto no se le hace referencia en esta fase. Todavía se recomienda prestar una particular atención a la realización de la equipotencialidad de la armadura y de la pantalla para evitar accidentes laborales. Figura 4. Diagrama de interconexión de un sistema de presurización. En la figura 4 el otro detalle importante es el uso y ubicación de las válvulas de prueba que son aquellas que se instalan en los cables, en lugares bien determinados, para que sirvan CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 22 CABLE DE COBRE como punto fijo para efectuar prueba de presión. En ellas se determinan los datos necesarios para el trazado de gráficas de gradientes de presión, etc. En algunos casos pueden ser usadas también para suplir gas durante emergencias, facilitar la localización de fugas, etc. Se instalan en los cierres de los empalmes o directamente sobre las cubiertas de los cables y las válvulas de alimentación que son aquellas que se instala en el punto de inyección y permite la conexión de la tubería de alimentación. Dentro de sus elementos se utiliza una válvula cheque que en el caso de ruptura entre el punto de inyección y el compresor el aire no puede escapar del cable. También son utilizadas las válvulas de sobrepaso que consisten en unas llaves de paso cuya finalidad es permitir o evitar el paso de aire de una sección de cable a otra (puede ser de un cable principal o alimentador a un cable secundario o ramal). Las mismas se colocan a “caballo” sobre un tapón seccionalizador como se puede ver en la figura 5. Figura 5. Uso de las válvulas de sobrepaso. 1.5 Diseño de los sistemas de presurización La adopción de un método o combinación de ellos y elección de un sistema de presurización se basa en las características que presentan la red existente o la red proyectada a construir. Entre estas características figuran el tipo de estructura a proteger, la extensión y longitud de sus cables y el grado de protección a obtener. Las redes pueden CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 23 CABLE DE COBRE estar de dedicadas a enlace entre oficinas, líneas de abonados, locales para edificios o instalaciones en particular. Cada una de ellas posee una estructura particular. Dentro de esta tipificación su tipo de construcción puede variar, por ejemplo cables totalmente subterráneos o aéreos, etc, la tecnología de los materiales utilizados, cables de fibras ópticas, coaxiales o multipares; además, su extensión puede hacer variar también en mucho el proyecto, aún siendo dedicadas a una sola función, poseer una estructura determinada y un tipo dado de construcción. Para dimensionar un sistema de presurización es importante tener en cuenta: Elección del sistema de alimentación a emplear. Cantidad de corazas a presurizar. Importancia de las corazas. Longitud de las corazas a presurizar. Perspectiva de desarrollo de la red (aumento de coraza). Sistema de supervisión a emplear Como la red telefónica puede recorrer todo el entramado de una ciudad los cables presurizados toman diferentes vías, estas son conocidas como vías neumáticas (VN), o rutas neumáticas, que no son más que el recorrido o ruta que sigue el aire a lo largo de la sección de cable, desde el punto de inyección y hasta cada una de sus terminaciones. La cámara neumática formada en un cable presurizado mediante el taponamiento de sus extremos deberá se analizada en el método de alimentación continua como ruta o rutas neumáticas a lo largo de su recorrido. Esto se realiza con el fin de estudiar la cantidad de elementos detectores de presión a colocar y de la posición a ubicar dentro de este, para un sistema de supervisión por telemedición de presión. Tal método de alimentación continua de gas se realiza en cables de recorridos extensos, donde se encontraran inevitables pérdidas producidas por fugas distribuidas, debido a cierres de empalmes o conexiones no totalmente estancos y en fisuras o por simple difusión a través de su cubierta. Estas fugas de gas producen una disminución continua en los valores de la presión interna, desde el punto de inyección hasta sus extremos. La caída de presión, gradiente, crea un flujo continuo interno que forma caminos o vías neumáticas. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 24 CABLE DE COBRE Los cables de enlace entre centrales, instalados con alimentación desde sus extremos, taponados en sus puntos medios y generalmente sin derivaciones forman una sola vía neumática. Figura 6. Ejemplo de una VN principal. Figura 7. Ejemplo de una VN principal y varias VN secundarias. Consideraciones prácticas: En los gabinetes externos la conexión neumática entre los cables se realiza con un by-pass con grifo de separación. En largos trechos de coraza sin ramales, es aconsejable espaciar los TP, y acortar el intervalo entre TP en las porciones de la coraza donde existan más ramales. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 25 CABLE DE COBRE En el final de ramales cortos, menores que 100 metros ó con poca capacidad de pares (menor que 200 pares), no es conveniente instalar TP, el conectar válvulas de prueba se considera suficiente, a menos que al examinar el proyecto se considere como un ramal de importancia. 1.6 Sistemas de monitoreo y gestión de la presurización Toda red de cables que se encuentre debidamente presurizada, necesita para ser operada con eficiencia, de un sistema que sirva de soporte para una vigilancia permanente. Esto supone la utilización de métodos y dispositivos que verifiquen el estado del sistema y detecten cualquier anomalía producida antes que esta pueda dar lugar a un descenso peligroso de la presión en los cables. Esta vigilancia se realiza principalmente mediante los transductores de presión que son distribuidos a lo largo de las corazas de los cables presurizados los cuales informan al personal de supervisión ubicado en la central. Tales datos se reciben como señal óptica y/o acústica (alarma o urgencia), con los correspondientes datos de la ubicación del punto afectado y los valores de los parámetros encontrados en cada momento. Estos parámetros son transferidos a una unidad de adquisición de datos y luego procesados por una computadora que centraliza la información en la oficina central. Cuando la información se procesa queda indicado si es el compresor, el secador o algún cable, el elemento de red afectado, ya fuese de líneas de abonados o de enlace urbano o interurbano y a que central pertenece. Esta información podrá controlar parámetros como temperatura del motor, temperatura ambiente, humedad relativa del aire comprimido, caudal del aire inyectado, tiempos de marcha y paradas, presión del tanque de reserva, alarmas de falta de alimentación eléctrica de la red, etc. 1.6.1 Descripción e implantación de los sistemas de monitoreo y gestión Al existir varios sistemas para la gestión de redes se debe elegir el mejor de acuerdo a la red que se encuentra instalada y a las necesidades de gestión que se tengan de la misma. Algunos de estos sistemas utilizados en el mundo y encontrados en la bibliografía son el CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 26 CABLE DE COBRE Software Pressure MAP ( del inglés Management Analysis Program), desarrollado por la Empresa Norteamericana privada System Studies Incorporated, el Sistema de Monitoreo Unificado (UMS del inglés Unified Monitoring System) producido y comercializado por NATELCO S.A.I.C, el SEGOVIA producido y comercializado por INELCOM y el Sistema de Adquisición de Datos Nicotra (NiDA, del inglés Nicotra Data Acquisition) producido por la firma Italiana NICOTRA SISTEMI S.P.A. y comercializado por Canadian Puregas Equipment Limited. 1.6.1.1 Sistema Pressure MAP (Management Analysis Program) La compañía norteamericana privada System Studies Incorporated que trabaja para las operadoras de telecomunicaciones en el campo de la presurización de cables, desarrolló a mediado de los años ochenta el software Pressure MAP (Management Analysis Program) para mejorar la supervisión y dirección de los sistemas de presurización de cable, empleando para esto un sistema operativo seguro (Linux) y la base de datos Oracle para extender la supervisión a varias centrales Pressure MAP ofrece la posibilidad de construir y diseñar un sistema de presurización óptimo. Su sistema menú permite el acceso fácil a la localización de eventos remotos y simplifica la selección de rasgos. Un solo sistema de Pressure MAP puede supervisar a 250 oficinas. Diariamente Pressure MAP interroga a las unidades de adquisición de datos de la presurización en cada uno de las oficinas programadas en su banco de datos. De la información obtenida pone al día el historial de los dispositivos, analiza las condiciones de la alarma, crea los informes de la expedición, evalúa la calidad del sistema y distribuye los informes. Pressure MAP proporciona una evaluación de calidad del sistema basada en una fórmula del posicionamiento compleja donde se conjuga la presión de aire y lecturas de flujo en el cable para computar las evaluaciones de calidad de presión de aire. Esta información es esencial para priorizar el mantenimiento e identificar donde las mejoras pueden ser necesarias CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 27 CABLE DE COBRE Una vez creadas las prioridades de la expedición diaria éstas se envían para cada una de las oficinas de mantenimiento vía módem o LAN en las horas tempranas precisamente antes de que el personal de mantenimiento comience las labores. La adquisición de los datos de Pressure MAP, análisis y funciones de la distribución no terminan en la mañana, estas funciones tienen lugar continuamente. Cíclicamente Pressure MAP llamará a cada oficina, recibirá las alarmas de oficina que supervisa el equipo, analizará los datos del dispositivo y enviará los informes de la alarma a los centros designados. Pressure MAP Server utiliza como servidor una computadora robusta (HP-UX) y el sistema operativo (HP-UX11i o Linux). El Servidor de Pressure MAP también hace uso de un banco de datos correlativo que proporciona la capacidad de supervisar un número mucho más grande de oficinas empleando la base de datos Oracle (1250 contra 250) que es posible con un solo sistema de Pressure MAP. El Servidor de Pressure MAP tiene como requisito fundamental ser un servidor de aplicación WEB, contiene una Página -accesible que define: Acceso estructurado por niveles para las oficinas. Base de datos ORACLE para Reportes de usuarios. A través de una aplicación simple (supervisor del estado de los sistemas) se supervisa el estado de un sistema de Pressure MAP confirmando que el sistema está continuamente en marcha las 24 horas. Un mensaje de Estado de Sistema puede generarse para uno, varios, o todos los sistemas de Pressure MAP, las máquinas de Pressure MAP envían su mensaje de Estado de Sistema vía Intranet soportando protocolo TCP/IP. A través de los sitios WEB que organiza la aplicación, se puede ver el estado de cada sistema de Pressure MAP. Se emplean cuatro colores para informar el estado del sistema. Una célula coloreada verde indica que el sistema no ha enviado su mensaje de identificación en los últimos 44 minutos. Amarillo indica entre 45 y 59 minutos, el color naranja representa que pasó un tiempo entre 59 y 75 minutos. Una célula con un fondo rojo es potencialmente la condición crítica indicando que pasó un tiempo mayor a 75 minutos. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 28 CABLE DE COBRE Figura 8. Ejemplo de configuración de pantalla en el sistema de Pressure MAP. 1.6.1.2 Sistema UMS desarrollado por NATELCO S.A.I.C El Sistema de Monitoreo Unificado (UMS) que en la actualidad se encuentra instalado en países como Argentina, Brasil y Alemania ofrece la integración de distintas tareas de monitoreo y proporciona una rutina flexible de reportes. Contiene una plataforma de tele supervisión para toda la red que va a ser monitoreada, donde se registran todos los parámetros de las mediciones que hacen los transductores, además ofrece la posibilidad de programar los umbrales de niveles de presión que deben tener los cables telefónicos y en base a esto se realizan las comparaciones y se emiten las distintas alarmas que ofrece el sistema (Natelco, 2008). El sistema como se observa en la figura 9, tiene un servidor (Server) que contiene la base de datos central y provee los datos y la información para los Clientes es Web -based para permitir el acceso universal de estos y el simple manejo del sistema por el usuario. El Cliente interactúa con el servidor y dispone de los datos de medición, el estado de la red y la visualización gráfica de la posición de las fallas a través de las coordenadas GIS y el mapeo correspondiente. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 29 CABLE DE COBRE Este sistema tiene implementado el reporte de alarmas al Servidor y además a correo electrónico, pagging y al Sistema de Mensajes Cortos (SMS del inglés Short Message System) de la Telefonía Móvil. Figura 9. Arquitectura del Sistema UMS de NATELCO. 1.6.1.3 Sistema SEGOVIA desarrollado por INELCOM El Sistema SEGOVIA, cuyo diagrama en bloques se puede observar en la figura 10, es un software privado desarrollado por Telefónica de España, del cual a pesar de tener información limitada, se conoce que basa su funcionamiento al igual que el resto de los sistemas de monitoreo en: la información que brindan los transductores instalados en los cables túneles, en la comparación con los umbrales establecidos en el mismo y en la emisión de las correspondientes alarmas con los niveles de prioridades que también se le definen al sistema (Inelcom, 2008). Como informaciones adicionales este sistema ofrece otras informaciones como pueden ser: medidas de aislamiento en determinados pares de muestreo en las corazas, medidas de altura de agua en las cámaras de registros y detección de apertura de las tapas de los registros, entre otras. Todas estas informaciones se brindan siempre que los transductores CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 30 CABLE DE COBRE sean programados para enviar todas estas alarmas en su configuración dentro de los registros donde estén ubicados. Figura 10. Estructura del Sistema desarrollado por INELCOM. 1.6.1.4 Sistema NiDA versión 1.15q desarrollado por NICOTRA SISTEMI S.P.A y comercializado por Canadian Puregas Equipment Limited El Sistema de Adquisición de Datos, monitoreo y gestión Nicotra (NiDA versión 1.15q) es introducido en Cuba en el año 2001 y pese a ser muy similar al UMS en cuanto a sus prestaciones en general lo aventaja en cuanto a flexibilidad, escalabilidad y costo, además en Cuba existe equipamiento compatible con este sistema y media un contrato con la firma Canadian Puregas Equipment Limited que lo representa, lo que asegura las garantías de postventa, capacitación, entre otros beneficios .Además este sistema se perfecciona con versiones mas avanzadas del mismo como la versión NiDA 2xx con mejoras sobre todo en la configuración del software, pero a la vez esta versión es compatible con todo el equipamiento que actualmente está instalado y en explotación en planta exterior como son los transductores de presión TP 204M STD que miden este parámetro ya sea dentro de las corazas, en empalmes o en las cajuelas habilitadas para su montaje externo; además los transductores de Flujo TFL 600 micro std para medir el flujo de gas inyectado a las corazas desde el panel de flujo así como las unidades de adquisición de datos MiniDAS 2400, capaces de obtener los datos generados tanto por los transductores como por las tarjetas de alarma de los Compresores o Secadores de Aire (CanadianPuregas, 2009). El Sistema de Adquisición de Datos Nicotra (NiDA versión 1.15q) cumple con: CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 31 CABLE DE COBRE Mantener bajo control una red de cables de cobre presurizados. Detectar automáticamente cualquier condición anómala de la red de cables. Mantener registro de toda alarma que se activa en la red. Identificar con precisión la ubicación de los fallos. Proporcionar instrucciones claras y rápidas al personal de servicio. Ayudar al personal de servicio en las operaciones de mantenimiento preventivo. Mejorar la eficiencia global de la red. En ETECSA desde el 2001 se instaló el sistema de monitoreo correspondiente a esta versión en seis provincias solamente, por lo que en el futuro, y teniendo en cuenta la implementación de un nuevo sistema de monitoreo se deben incorporar las restantes nueve provincias, que tienen las redes presurizadas pero no gestionadas. 1.6.1.5 Sistema NiDA versión 2xx desarrollado por NICOTRA SISTEMI S.P.A y comercializado por Canadian Puregas Equipment Limited La versión 2xx del NiDA se comienza a implementar en ETECSA a principios del 2009 y constituye en si una versión superior a la 1.15q que permite solucionar varias de las problemáticas referidas a la gestión y monitoreo existentes, por las posibilidades que brinda de utilizar todos los elementos instalados en las redes de planta exterior (transductores, paneles, Unidades de adquisición de Datos, etc); además de que brinda la posibilidad de supervisar y gestionar todas las redes de cable existentes, incluyendo a las redes de cable coaxial, que actualmente están presurizadas, pero no gestionadas (NicotraGroup, 2009). Las funciones fundamentales de la versión 2xx de NiDA, son las siguientes: El sistema monitorea el estado de los cables de cobre presurizados al analizar los datos de presión enviados por los transductores referentes a la presión a través de los cuales puede localizar un eventual punto de fuga. El punto de fuga es detectado usando tanto el esquemático como la interfase Geográfica GIS. El sistema también está equipado con los transductores apropiados para medir otras importantes condiciones de operación de los cables presurizados (humedad relativa CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 32 CABLE DE COBRE y flujo de aire) hasta condiciones de operación tales como temperatura del local y presencia de agua. El Sistema es capaz de monitorear la condición de alarma en tres partes de los dispositivos de la NICOTRA por medio de los contactos apropiados de alarma que pueden recibir las señales ON/OFF a través de las interfases de alarmas del equipamiento. El sistema puede recibir los datos de operación directamente de los secadores de aire. Las mediciones son realizadas por Transductores ubicados a lo largo de la red de cables o en locales definidos por el cliente y enviados a la RTU como señales moduladas de frecuencia. La comparación entre los umbrales de las alarmas y las mediciones actuales se realizan directamente en el nivel de RTU. En la figura 11 se describe la arquitectura del NiDA 2xx para el Monitoreo y Gestión de la Red de Cables Presurizados (Plath, 1997b). Figura 11. Arquitectura fundamental del NiDA 2xx. Centro de Supervisión y Control (SCU): a este nivel se realiza la Gestión del Sistema, la salva de datos y su configuración. El sistema prevé tres tipos diferentes de SCU. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 33 CABLE DE COBRE Central SCU: esta es una estación de trabajo (PC) instalada generalmente en la Oficina Central donde esté disponible toda la información relacionada con el estado de la red monitoreada y el sistema de monitoreo. La Base de Datos residente a este nivel está constante y automáticamente alineada con las bases de datos regionales. Un operador, trabajando en la Estación Central tendrá el completo control de todo el sistema. La alineación entre la Base de Datos del Sistema (virtual system) y de la red gestionada con sus componentes (field) es automática y trabaja en modo no atendido. Regional SCU: estas estaciones solo gestionan una subred o subárea, ellas reciben las mediciones y alarmas de las unidades de adquisición de Nicotra Sistemi S.P.A (SEC 800, MiniSEC), analizan los datos entrantes, guardan la alineación entre sus Bases de Datos con la de la Estación Central y envían las alarmas a las terminales apropiadas. El mecanismo de replica de la Base de Datos requiere de un canal de Comunicación entre cada SCU Regional y la SCU Central sobre una Intranet por lo tanto se requiere una red TCP/IP. Clientes: son PC conectadas como clientes de la SCU. Estas estaciones se encuentran normalmente en las oficinas de Mantenimiento de Cables de Cobre. Los operadores pueden realizar todas las operaciones sobre el Sistema a nivel de Cliente. La conexión entre los clientes y la Base de Datos del Sistema será igualmente vía PSTN o LAN/WAN. Unidades de Adquisición y Secadores de Aire: se refiere a las Unidades de Pruebas Remotas (RTU). MiniSEC y SEC 800: estas son las unidades de adquisición Nicotra que pueden detectar las mediciones desde la red de cobre presurizada. Las interfases de Comunicación disponibles para el MiniSEC y SEC 800 son igualmente vía PSTN (Modem 56 kbps) o vía Intranet soportando protocolo TCP/IP. Canadian Puregas AirDryers (Secadores de Aire): están provistos de lo necesario para integrarse completamente al Sistema de Monitoreo y Gestión NiDA 2. Pueden ser monitoreados con solo instalar una discreta tarjeta de alarma. Sensores: los sensores Nicotra Sistemi S.P.A pueden ser agrupados en dos familias principales: CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE PROTECCION QUE SE EMPLEAN EN REDES DE 34 CABLE DE COBRE Sensores de monitoreo de la presurización: estos son los Dispositivos de Acceso Remoto Standard de la Nicotra Sistemi S.P.A (RADs) tales como: Transductores de Presión (TP204M), Transductores de Flujo (RAD TFL micro), Transductores de Humedad (RAD RHLM micro and RHWM micro), todos estos transductores trabajan de acuerdo a una respuesta secuencial y una conversión del valor de la lectura en un valor de frecuencia (1000-2000 Hz). Sensores de Seguridad: (MHS) para la seguridad de los registros y la gestión de su apertura, (ACS) para la seguridad de cables aéreos. Estos transductores están diseñados para aplicaciones especiales de seguridad y proporcionan una rápida respuesta ante la detección de una alarma (Ej.127 transductores conectados a un par son detectados en seis segundos). 1.7 Conclusiones Las principales ventajas que ofrece la presurización y monitoreo de redes de cables de cobre, se pueden resumir en los puntos siguientes: Permite conservar las características eléctricas de los cables y protegerlo contra la humedad. Menores costos de mantenimiento asociados a los tiempos de solución de las interrupciones y al gasto de recursos que implica la normalización de las corazas afectadas. Mejor organización del mantenimiento ya que permite considerar una organización del trabajo mediata, previsora en tiempo y alcance. La localización de la falla resulta fácil, mediante sensores de presión ubicado a lo largo del cable. El empleo del sistema de monitoreo NiDA 2xx a partir del 2009, ha sido vital fundamentalmente debido a su flexibilidad y escalabilidad, por su costo, además de la compatibilidad del mismo con todo el equipamiento instalado en las redes de Planta Externa, que anteriormente estaban conectadas al sistema de monitoreo NiDA 1.15q. CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 35 CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION Con el desarrollo de las redes de cables presurizadas en ETECSA, se ha utilizado principalmente en todos los Centros del país los Compresores de capacidades desde 1500 a 10000 Pies pertenecientes a la firma Canadian Puregas Equipment Limited. La versión NiDA 1.15q ha sido desde el 2001 la que ha solucionado los problemas referidos a las localizaciones de fugas y monitoreo de la red presurizada, teniendo en cuenta que la misma, utilizando las unidades de adquisición de datos existentes y la red de transductores instaladas en las redes de cables, había sido en su momento la variante mas económica de monitorear las redes que ya estaban presurizadas. Esta versión brindaba la posibilidad de transferir datos y medidas desde la Unidad de Adquisición, crear tablas, gráficos, etc para un mejor análisis del comportamiento de la red presurizada. Los métodos tradicionales de localización de fugas se iban quedando atrás, siendo este software automatizado, capaz de realizar el cálculo de forma rápida y eficiente. Ya desde el 2009, se comienza a implementar en el país la versión NiDA 2xx, que entre otras cosas viene a sustituir a la versión anterior que ya no se oferta por el fabricante NICOTRA SISTEMI S.P.A, por lo que la expansión del monitoreo de las redes presurizadas en ETECSA presentaba limitantes tecnológicas que debían ser solucionadas con la adquisición de un nuevo sistema, que además fuera compatible con todo el equipamiento que estaba instalado y que soportaba la versión 1.15q de NiDA. El nuevo sistema ofrece una serie de ventajas adicionales entre las cuales resaltan: posibilidad de realizar trabajos de diagnóstico de las redes de cable, planificación de CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 36 mantenimientos preventivos y reducción de las interrupciones tanto en cantidades como en el tiempo de solución de las mismas, todo esto se traduce mas eficiencia en la red de telecomunicaciones de todo el país. 2.1 Localización de fugas En el sistema más utilizado que es el de flujo continuo se considera la existencia de una avería de carácter menor cunado el consumo de gas es de 0,5 L/min. Cuando el consumo es superior a 2 L/min. la avería puede ser importante, aunque esta estimación depende de la proximidad de la avería al punto de alimentación, de que tipo de cable se trata, su longitud, el estado de mantenimiento y la edad del mismo. Con estas consideraciones se establecen los valores del caudal de alarma y de urgencia. En cables de enlace se procede a la localización de la avería y su reparación en todos los casos. Con los valores de consumo de gas se calibran los caudalímetros, mientras que con los valores de presión de alarma se calibran los manóstatos (Belleza y Szymancyck, 2000). 2.1.1 Curvas gradientes La variación (caída) longitudinal de la presión gaseosa reinante en un cable para un sistema de alimentación continua se representa mediante curvas que se denominan gradientes de presión (Belleza y Szymancyck, 2000) como se observa en la figura 12. Figura 12. Estado de régimen normal. CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 37 En este gráfico, la ordenada representa le presión de gas y la abscisa la distancia longitudinal que desarrolla el cable en cuestión. Se debe señalar que no se podrá crear un gráfico que cuente con la variación de la resistencia neumática del cable y trabajar con él, debido a que este valor es muy variable e impreciso para su utilización. La existencia de una fuga se manifiesta por la discontinuidad angulosa de la curva manométrica. El valor mas bajo es el punto de la fuga. En este sistema, debido a su continua alimentación, se mantiene el valor de presión en este punto, luego se describe un trazado casi rectilíneo hasta el punto de fuga y desde allí un valor mínimo constante. En caso de un escape importante su valor constante puede llegar a un valor nulo como se representa en la figura 13. Figura 13. Estado de régimen en situación de una fuga. Las características del estado estacionario permanecerán constantes mientras permanezca invariable el valor de la presión de inyección y la magnitud del escape. En estado transitorio, antes de alcanzar el régimen estacionario o en un sistema de alimentación estático, el trazado de la curva toma la forma de la figura 14. Del simple análisis de las curvas dadas, se observa que resulta más sencilla la medición y evaluación luego de haber alcanzado el estado estacionario. Mientras que en los otros casos la características varían en el tiempo. CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 38 Figura 14. Estado transitorio en el instante posterior al inicio de una fuga La presencia de un punto anguloso en esta curva, puede sin embargo, corresponder a diversos efectos de estrangulación en el cable. La forma de su trazado dará idea de la consideración a tomar. Una de ellas es producto de la fricción establecida por la resistencia neumática propia del cable, la que crea una cierta concavidad en la curva (2) de la figura 15. Bajo ciertas condiciones de presión un orificio en la cubierta del cable puede aumentar la velocidad del flujo cerca del mismo provocando una circulación turbulenta y su curva característica (3). Figura 15. Efecto producido ante una fuga importante. CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 39 El taponamiento por empalme lleno de parafina, estrangulación del cable, etc, crea un efecto de estrangulamiento y produce en el trazado de la curva una variación de su pendiente en este punto de obstrucción como se observa en la figura 16. Para definir la posición de una fuga se comienza por emplear el método de determinación aproximada para hallar su posición exacta. Puede ser necesario aplicar luego un método de localización precisa. Los métodos de localización de fugas aproximadas difieren según se trate de alimentación continua o estática. Los métodos de localización precisa son idénticos en ambos casos, difiriendo solo del tipo de red que se trate: aérea, subterránea, etc. Figura 16. Efecto por estrangulamiento. 2.1.2 Métodos de localización de fugas Existen varios métodos para la localización de fugas (Belleza y Szymancyck, 2000): a) Método del gradiente de presión: al producirse la señal de alarma por avería del cable, detectada por el contactor, transductor y/o caudalímetro, se procede a la ubicación de la falla. Esta se puede determinar de forma automática o manual según el equipo a disponer. En caso que se proceda a su localización en forma manual, luego de transcurrido indeterminado tiempo para la estabilización del sistema, que dependerá del tipo de pérdida (caudal de alarma o emergencia), se toma el valor de presión en la válvula más alejada o ubicada en el último tercio del trayecto del cable. Luego se efectúan otras tres mediciones, una en la válvula ubicada en la galería de cables de la central y las otras dos en cámaras de CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 40 registro intermedias, para luego llevar estos valores y sus distancias desde la central a un papel milimetrado, donde se traza el gráfico gradiente original (en régimen normal) y su correspondencia con las rectas que determinan estos valores hallados. La intersección entre ambas rectas define el punto de escape (ver figura 17). Figura 17. Determinación de una fuga a través del Método del gradiente de presión. Generalmente en la determinación de la ubicación de una fuga se obtienen resultados más complejos. En la figura 18 la curva C indica un escape en el punto FC con presión 0 en el resto del cable lo que define una falla de gran tamaño. Mientras que de el análisis de la curva D resultan dos escapes, de los cuales debe repararse primero el mayor o el mas cercano a la oficina para que el menor describa un gradiente con mayor inflexión y pueda localizarse con suficiente exactitud. Figura 18. Análisis de una o más fugas. CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 41 b) Método de mediciones sucesivas: se debe destacar que la exactitud en determinar las fugas presenta una relación directa con la rapidez en que se tomen los datos de la presión, pues ellos están dado teóricamente para un único instante. En el caso de una fuga para un sistema con alimentación estática, como la presión continua disminuyendo, mientras se están realizando las mediciones a lo largo del cable, la curva manométrica trazada en base a estos valores sufrirá un descenso y con ello una deformación. Por esta circunstancia su valor de inflexión mínimo podrá sufrir un corrimiento y por tanto producir un error de apreciación en la determinación de la posición de la fuga como se aprecia en la figura 19. Figura 19. Trazado de curvas correctas o incorrectas. A fin de determinar la posición final de la fuga se debe trazar otra curva y con ello se hallará otro valor mínimo. Del análisis de sus posiciones, se puede deducir la ubicación real de la fuga. c) Método de mediciones simultáneas: en este método se mide simultáneamente en tres o más puntos la presión, con lo que se evita el error inherente a la curva por el trazado con mediciones sucesivas. La serie de tres mediciones se comienza por el extremo donde se supone que se halla la fuga. La próxima serie se realiza de manera que la ubicación de la medición más alejada de CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 42 la central coincida con la más cercana, en la medición precedente y se continúa hasta cubrir la sección del cable. En el gráfico de gradiente se representan todos los valores de las mediciones halladas uniendo la serie por segmentos de recta. A continuación se prolonga la línea quebrada correspondiente a la primera serie con una paralela a la segunda línea quebrada obtenida, luego por otra quebrada correspondiente a la tercera serie y así se continúa hasta completar la curva manométrica continua, proceso que se presenta en la figura 20. Si la fuga se halla entre dos puntos de medición adyacentes la línea de intersección se obtiene prolongando las líneas quebradas. Figura 20. Método de trazado en series de tres mediciones. d) Método de medición de la presión por los extremos de una sección de cable: este método se aplica expresamente en los cables directamente enterrados, cuando no hay en ellos ningún punto intermedio accesible para los efectos de las mediciones manométricas. Consiste en determinar la posición de una fuga en base a las medidas de presión efectuadas en las dos extremidades de la sección del cable considerada. Su análisis se limita al caso en que la sección este constituida por un cable homogéneo provisto de tapones de estanqueidad en sus dos extremos. Aquí se aplica una presión constante Pds a un extremo A de la sección de cable considerada durante un periodo lo suficientemente largo para que el flujo de gas alcance un régimen CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 43 estacionario. Seguidamente, se mide la presión reinante en el otro extremo B del cable, o sea, Pbr. En estas condiciones la curva manométrica correspondiente presenta la forma de la curva de trazo continuo. La presión Pbr que se obtiene en el extremo opuesto a aquel en que se aplica la presión es igual a la presión en el punto de fuga. En una segunda fase, se procede en sentido inverso, aplicando en el extremo B una presión constante Pbs. Se espera a que se haya establecido un régimen estacionario y se mide la presión en el extremo A. La curva manométrica correspondiente presenta la forma de la curva de trazo discontinuo de la figura 21, en este caso la presión Par será igual a la presión en el punto de fuga. Figura 21. Determinación de la posición de una fuga en un cable enterrado. e) Métodos de análisis del flujo gaseoso: este método se aplica a la localización de una fuga en una sección de cable homogénea mantenida bajo presión gaseosa mediante un sistema de flujo continuo. Cuando en una sección de cable, alimentada por una sola fuente de gas a presión constante, el flujo de gas adquiere un régimen estacionario y si se conocen los valores P1, P2, Lo1 y W, puede calcularse el flujo Q. Cuando se conoce además el valor de P3, puede calcularse la distancia L2 entre el extremo de alimentación y la fuga (ver Figura 22). Aplicando las relaciones siguientes: CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 44 Figura 22. Determinación de la posición de una fuga aplicando el método analítico. 2.1.3 Localización precisa de una fuga Aplicando esmeradamente los métodos expuestos para la localización de fugas se puede determinar la posición de estas con una aproximación de unas decenas de metros. Si se alcanza a oír el ruido generado por el gas que escapa de la fuga o ver las burbujas de gas, en el caso de un cable sumergido en el agua, podrá localizarse con exactitud la posición de la fuga; de no ser factible, habrá que apelar a uno o varios de los medios siguientes: a) Solución jabonosa. CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 45 b) Detector de frecuencia ultrasonora. c) Inyección y detección de gas halogenado (freón, aretón, difrón). 2.1.4 Supervisión por telemedición La supervisión a distancia denominada telemedición, puede realizarse mediante uno de dos métodos: el sistema de manóstatos llamado también de contactores o el de transductores de presión (Belleza y Szymancyck, 2000). Si se instalan manóstatos a intervalos convenientes a lo largo de un tramo de cable, puede admitirse que el primer manóstato que entra en funcionamiento es el más próximo a la fuga, con lo que se determina el estado de alarma y a su vez se halla su posición. Este contactor puede localizarse fácilmente mediante el valor de la resistencia eléctrica del circuito de alarma correspondiente. Este método se aplica especialmente a los sistemas de mantenimiento bajo presión gaseosa de tipo estático y se localiza el contactor antes que se ponga en funcionamiento otro contactor. Los valores de resistencia, su equivalencia a longitud y localización de fuga pueden ser medidos y analizados en sistemas automáticos programados por computadoras, que analizaremos posteriormente. Los transductores indican los valores de presión en cada una de sus posiciones. El valor de presión es enviado a la central en forma de frecuencia, mientras que su posición se representa según una codificación digital. Allí una computadora procesa el total de la información recibida, traza la curva manométrica del gradiente, la compara con la curva gradiente en régimen estacionario, produce la alarma en caso de fuga, halla su posición e indica la distancia de la falla hasta la central. 2.2 Partes principales de los sistemas actuales de monitoreo y gestión Una configuración típica para un sistema de monitoreo y gestión mediante transductores de presión esta constituida por una estructura de tres niveles de inteligencia, que son los transductores de presión, las unidades de adquisición de datos y el Centro de Gestión Central o Gateway que es donde se realiza el monitoreo y donde está disponible toda la información relacionada con el estado de la red monitoreada y el sistema de monitoreo. CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 46 El Sistema monitorea el estado de la red de cables presurizados de Telecomunicaciones a través del análisis de los datos de presión adquiridos, obteniendo la localización de los puntos de fuga que podrán ser representado en un mapa, además este sistema debe guardar los datos históricos de las mediciones realizadas (ver figura 23). Figura 23. Estructura de un sistema de monitoreo y gestión de redes presurizadas. 2.2.1 Transductores de presión (TP) El primer nivel de un sistema de monitoreo está compuesto por las unidades detectoras de toma de datos de los valores de presión, o sea, transductores de presión (TP), los cuales constituyen dispositivos electroneumáticos ubicados de manera tal que queden distribuidos a lo largo de los cables (Belleza y Szymancyck, 2000). Estos permiten determinar a distancia la presión gaseosa existente en los cables en un lugar dado. Las indicaciones de los TP permiten determinar además la rapidez con que desciende la presión en una sección del cable cuando existe una fuga. Estas indicaciones son útiles para la vigilancia de un sistema de flujo continuo, donde no es posible utilizar el sistema de contactores, debido a que permiten determinar el grado de protección gaseosa asegurada sin necesidad de efectuar mediciones y verificaciones sobre el terreno. Los TP también se pueden definir como sensores electrónicos de estado sólido que convierten la presión reinante en el interior del cable en un valor de resistencia eléctrica, el CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 47 cual es transmitido codificado en forma digital a la Oficina Central donde estos operan, enviando una señal que contiene un código de identificación para su ubicación y a continuación el valor de la presión interna donde se halla instalado. Los TP están constituidos por un sensor de presión absoluta y un circuito electrónico, que procesa y envía a la central la información de presión utilizando para esto pares telefónicos del mismo cable que se presuriza, esta señal viaja como señal analógica de tensión eléctrica. La señal es una frecuencia modulada sobre el nivel de corriente continua de operación del transductor. El valor de la frecuencia enviada es proporcional a la presión absoluta en ese punto, en relación de un hectopascal igual a un hertz, siendo un hectopascal igual a un milibar. Existen también otros sistemas que presentan diferentes relaciones presión – frecuencia (ElPrisma, 2009). El principio de funcionamiento de lo TP se basa en el efecto piezoresistivo de un elemento semiconductor. Funciona como un dipolo pasivo de corriente, conectado a un par del cable a proteger. La presión interna produce la variación de una resistencia de un puente Wheatstone, cuyo desbalance se convierte en una frecuencia que se envía, a su turno, de acuerdo a su código, hacia el equipo de monitoreo y control, según su ubicación. La transmisión de cada TP es secuencial disponiendo el código de identificación programable en función de su ubicación y contando la distancia hasta el centro de control. El rango de presión a medir es de 800 a 2000 hectopascal. Otros sistemas cuentan con un direccionamiento automático, uno a uno, según su proximidad a la central. El dipolo actúa según dos estados operativos: de reserva y de medición. En el estado de reserva, es alimentado por una corriente de bajo consumo (Ir - del orden de los mA), suficiente para comandar los circuitos de codificación. El estado de medición comienza luego de un tiempo de retardo Ta llamado de direccionamiento y dado por el código programado, según su número de posición en el sistema de cables, en los sistemas de tipo secuencial. A partir del direccionamiento se alimenta el circuito con una corriente Im de operación con un valor de 4 a 5,5 mA y con una duración Tm, prefijada en 1,5 segundos (ver figura 24). En los sistemas vistos, llamados por ventana de tiempo, la direccionabilidad está dada en forma secuencial; sin embargo, en sistemas más desarrollados, la selección del TP o de una CAPÍTULO 2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Y ULTIMOS AVANCES DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE PRESURIZACION 48 serie de TP, para conformar una ruta, dentro de un cable, con el fin de analizar distintos gradientes, se puede efectuar mediante ordenes dadas por una computadora. Así, se podrá, por ejemplo, subdividir un cable, llamándolo No.18A y No.18B. Figura 24. Gráfico del estado de reserva y medición. La programación de la ubicación del TP en el recorrido del sistema de cables se efectúa insertando puentes en l