Taller sobre Protección contra rayos SICEL2011 Asunción, Paraguay Horacio Torres Camilo Younes Favio Casas Ernesto Pérez Javier Herrera Daniel Aranguren SICEL2011 Asunción, Paraguay

3. Evaluación de riesgo por rayos SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Metodologías Lógica Difusa NTC 4552 (2004) IEC 62305 – 2 NTC 4552 (2007) NFPA 780 (2004) SICEL2011 Asunción, Paraguay

HERRAMIENTA DE LÓGICA DIFUSA La representación y modelamiento de los factores de riesgo por rayo implica el uso de variables numéricas (cuantitativas) y lingüísticas (cualitativas), por consiguiente los modelos empleados en el análisis de riesgo por rayo tienen que soportar estas dos clases de entidades. Por estas razones un modelo de lógica difusa parece ser el más adecuado. SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Definición del problema: Riesgo = Numero de eventos dañinos × Índice de severidad SICEL2011 Asunción, Paraguay

Metodología de riesgo difuso Lesiones personales Peso difuso Procesos de riesgo Daño de equipos estructuras Subjetividad Aritmética Difusa Frecuencia de Probabilidades Difusas # Eventos por fibrilación Índice de Severidad de Vidas humanas fallas Bienes-servicios fuego Interpretación Lingüística Riesgo aceptable Etiquetas lingüísticas SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Metodología NTC 4552, 2004 SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Riesgo = 0,7 * RDDT + 0,3 * Rlabs SICEL2011 Asunción, Paraguay

Caracterizar estructura Determinar DDT y Iabs Caracterizar estructura Determinar indicador parámetros del rayo Determinar indicador de gravedad MEDIO BAJO Nivel de riesgo ALTO ALARMA SPE SPI GUIA DE SEGURIDAD PERSONAL

SICEL2011 Asunción, Paraguay Ejemplo Área= 1500m2 SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Parámetros Nivel Ceráunico (NC) : 100 días tormentosos / año Densidad de Descargas a Tierra (DDT) = 0,0017Td1.56 = 2,24 Corriente Absoluta Promedio: 25kA Uso: Hospital SICEL2011 Asunción, Paraguay

Nivel de Riesgo por Rayos Iabs = 25kA DDT = 0,02 SICEL2011 Asunción, Paraguay

Indicadores de Gravedad Uso de la Estructura Altura y Área de la Estructura Tipo de Estructura SICEL2011 Asunción, Paraguay

Indicador de Gravedad IG = IUSO + ITIPO+IALTURA = 40 + 20 + 20 = 80 SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Nivel de Riesgo SICEL2011 Asunción, Paraguay

Caracterizar estructura Determinar DDT y Iabs Caracterizar estructura Determinar indicador parámetros del rayo Determinar indicador de gravedad MEDIO BAJO Nivel de riesgo ALTO ALARMA SPE SPI GUIA DE SEGURIDAD PERSONAL

Metodología IEC62305-2 (2006) o NTC 4552 SICEL2011 Asunción, Paraguay

S1: Impacto directo sobre la estructura D1 D2 D3 L1, L4(1) Punto de impacto Fuente de daño S Tipo de daño D Tipo de pérdida L S1: Impacto directo sobre la estructura D1 D2 D3 L1, L4(1) L1, L2, L3, L4 L1, L2, L4 S2: Impacto cerca de la estructura D2*, D3** L1(2), L2, L4 S3: Impacto directo a un servicio que entra a la estructura D1, D2, D3 S4: Impacto cerca de un servicio que entra a la estructura (1) Solo para propiedades donde exista probabilidad de pérdida de animales (2) Solo para estructuras con riesgo de explosión, hospitales u otra estructura en donde las fallas del sistema interno ponga en peligro la vida humana * Caso de estructuras con riesgo de explosión ** Caso de estructuras con sistemas electrónicos SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Metodología NTC, IEC Tipos de Daño D1: Lesiones a seres vivos D2: Daño físico a la estructura o acometida de servicios D3: Falla de sistemas eléctricos o electrónicos Tipos de Pérdidas L1: Pérdida de vidas humanas L2: Pérdida de servicio público L3: Pérdida de patrimonio cultural L4: Pérdida de valor económico SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Riesgo R1 R4 R3 R2 Pérdida de Vidas humanas Lesiones por Tensiones de Paso y contacto Servicios públicos Bienes culturales Pérdidas Económicas Fuego Falla por sobretensiones SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Cada componente de riesgo Rx, puede, entonces, calcularse a través de la ecuación general: RX = NX PX LX NX: Número de eventos peligrosos PX: Probabilidad de daño LX: Pérdida consecuente SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Nx = DDT.Ax.Cx DDT: Densidad de Descargas a Tierra Ax: Área equivalente Cx: Factor que toma en cuenta la influencia de la localización, factor ambiental o factor de corrección por presencia de transformadores. SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay La probabilidad de daño PX se ve afectada por las características de la estructura a proteger y las medidas de protección aplicadas. SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay El valor de las pérdidas Lx depende de: El número de personas y el tiempo que éstas permanecen en el lugar peligroso. El tipo e importancia del servicios público prestados. El valor de los bienes que se ven afectados por el daño Lt: Pérdidas debido a lesiones por tensiones de paso y contacto. Lf: Pérdidas debido a daños físicos. Lo: Pérdidas debido a fallas en sistemas internos. SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Metodología NTC, IEC Evaluación de Necesidad de Protección SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Metodología NTC, IEC SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Metodología NTC, IEC Nota: Los componentes del riesgo R4 y R’4 se pueden usar para llevar a cabo una comparación de los costos de las pérdidas con y sin medidas de protección SICEL2011 Asunción, Paraguay

Evaluación económica Identificar el valor de: Estructuras y sus actividades e Instalaciones internas Calcular riesgos relevantes a R4 Calcular costo anual de CL y CRL Calcular costo anual de CPM CL: Costo pérdidas totales CRL: Costo pérdidas residuales en presencia de medidas de protección CPM: Costo de medidas de protección CPM+CRL>CL Si No es conveniente adoptar Medidas de protección No Es conveniente adoptar Medidas de protección SICEL2011 Asunción, Paraguay

Ejemplo de aplicación Hospital SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Ambulatorio Bloque 1 Torre Ascensores Bloque 2 SICEL2011 Asunción, Paraguay

Características Bloque 1 Valor Dimensiones estructura 97x26x16 m Acometidas existentes Energía, datos, teléfono SICEL2011 Asunción, Paraguay

Ubicación de la estructura Rodeado por objetos de la misma altura Característica Valor Ubicación de la estructura Rodeado por objetos de la misma altura Protección externa No tiene DDT 1 rayo/km2/año Apantallamientos Resistividad del suelo 300 m Tipo de suelo al exterior Concreto Tipo de piso al interior Cerámica Riesgo de fuego Ductos con oxigeno, nitrógeno y otros. Facilidad de evacuación Baja. Personas inmovilizadas Protección contra incendios Ambiente Urbano SICEL2011 Asunción, Paraguay

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Componentes y valores de riesgo (x 10-5) Bloque 1 Bloque 2 Ascensores Ambulatorio RA 0,0011 0,0008 0,0007 0,0017 RB 539,2057 422,3591 0,3703 831,3112 RC 1,0784 0,8447 0,7407 1,6626 RM 15,2034 14,0697 13,7407 17,8126 RU 0,0024 0,0070 0,0058 0,0277 RV 121,2436 348,6277 0,2889 1384,8204 RW 0,2425 0,6973 0,5777 2,7696 RZ 1,2090 1,2765 0,3945 1,3441 R1 678,1861 787,8828 16,1194 2239,7500 Riesgo total 3721,9382 SICEL2011 Asunción, Paraguay

El Riesgo total es >> RT (RT = 1x10-5) Los valores de riesgo obtenidos están asociados a factores constructivos que permitan minimizar el riesgo, es por esto que se plantea una alternativa de solución para minimizar el riesgo: Implementar medidas de protección contra incendios por medio de alarmas automáticas, extintores, salidas de emergencia, etc. SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Alternativa: Implementar un nivel de protección contra rayos NPR I con sistemas completos de captación externa y bajantes acorde con IEC 62305-3 2005. El edificio de ascensores no requiere de una protección externa total pues se encuentra protegido por las demás estructuras. Implementar apantallamientos para las acometidas de energía, teléfono y datos. Adicionalmente se debe aterrizar dichas pantallas a el sistema de puesta a tierra diseñado para la protección contra rayos acorde a las especificaciones de la norma IEC 62305-3 2005 Instalación y coordinación de DPS en el edificio Bloque 1 de acuerdo a la norma IEC 62305-4 2005 con las siguientes especificaciones: Clase III para las acometidas de energía, de teléfono y de datos. SICEL2011 Asunción, Paraguay

Componentes y valores de riesgo para alternativa A (Valores x 10-5) Bloque 1 Bloque 2 Ascensores Ambulatorio RA 0,0011 0,0008 0,0007 0,0017 RB 0,0108 0,0084 0,0015 0,0166 RC 0,0942 0,0498 0,0148 0,0657 RM 0,0014 0,0018 RU 0,0001 0,0004 RV 0,0727 0,0861 0,0012 0,3869 RW 0,0073 0,0086 0,0116 0,0387 RZ 0,0447 0,0336 0,0079 0,0229 R1 0,2323 0,1888 0,0391 0,5346 Riesgo total 0,9949 SICEL2011 Asunción, Paraguay

SICEL2011 Asunción, Paraguay Metodología NFPA 780 SICEL2011 Asunción, Paraguay

Frecuencia tolerable de rayos (Nc) SICEL2011 Asunción, Paraguay

Coeficientes de tipo y contenido de estructura C2 y C3 Techo Metálico Techo no Metálico Techo Inflamable Metal 0,5 1 2 Común 2,5 Inflamable 3 Valor bajo y no inflamables 0,5 Valor normalizado y no inflamables 1 Valores altos, moderadamente inflamable 2 Valor excepcional, inflamable, computadores o electrónicos 3 Valores excepcionales, bienes culturales irreparables 4 SICEL2011 Asunción, Paraguay

Ocupación y Consecuencias C4 y C5 Desocupada 0,5 Normalmente ocupada 1 Dificultades para evacuar o riesgo de pánico 3 No requiere continuidad en los servicios de las instalaciones, sin impacto en el entorno 1 Se requiere continuidad en los servicios de las instalaciones, sin impacto en el entorno 5 Consecuencias en el entorno 10 SICEL2011 Asunción, Paraguay

Si Nd < Nc un sistema de protección puede ser opcional Si Nd > Nc un sistema de protección debe ser instalado Cuando se requiera un sistema de protección contra rayos mediante esta metodología, este debe ser instalado de acuerdo con la norma NFPA 780 con las siguientes medidas de protección: Limitar tensiones de paso y contacto Limitar la propagación de fuego Limitar las tensiones inducidas Medidas para reducir los efectos de las sobretensiones inducidas en equipos electrónicos sensibles. SICEL2011 Asunción, Paraguay

Cálculo de Nd, NFPA 780. Bloque 1 Ae = (97+48+48)* (26+48+48) = 23546m2 DDT = 1 rayo/km2-año C = 0,5 (rodeada de pequeñas estructuras) Nd = 0,0117 SICEL2011 Asunción, Paraguay

Cálculo de NC, NFPA780. Bloque B1 Nc = (1,5*10-3)/C C = 1*1*3*10 = 30 NC = 0,00005 Nd > NC Limitar tensiones de paso y contacto Limitar la propagación de fuego Limitar las tensiones inducidas Medidas para reducir los efectos de las sobretensiones inducidas en equipos electrónicos sensibles. SICEL2011 Asunción, Paraguay