Subestación transformadora de electricidad “Azopardo”

El diseño y resolución satisfactoria del problema de ruido de esta subestación, junto con la S.E. Centenario (tema de otro texto), fueron presentados en el congreso internacional CACIER (Rosario, 2005) por el autor de esta nota con EDESUR como coautor, bajo el título “Control de ruido en subestaciones transformadoras”.

Las empresas distribuidoras de electricidad en la Argentina han estado construyendo, ampliando o actualizando las esta­ciones y subes­ta­ciones transformadoras de electricidad como consecuencia de las privatizaciones en la década de 1990 (EDESUR se crea en 1992). Da­do que muchas de ellas están ubi­cadas en áreas urbanas y que existen reglamentaciones para limitar la carga sonora so­bre las viviendas vecinas, se incluye el tratamiento acústico en el cuidado ambiental de estos proyectos.

Decibel Sudamericana realizó tratamientos acústicos en subestaciones urbanas cerradas y abier­tas, con excelen­tes re­sultados y al momento de este proyecto, tenía a su cargo una abierta (Muñiz) y otras dos cerradas (Vidal y Once). En este texto se describirá el tratamiento diseñado y ejecutado para la S.E. 026 “Azo­pardo” de EDESUR, ubicada en Azopardo 549, CABA. Su construcción estuvo a cargo del grupo internacio­nal GEC-Alsthom (ac­tualmente Alstom) como principal contratista.

Se inauguró el 5 de enero de 1999 y está alojada en un antiguo edificio de comienzos de siglo, desde el que se comandaba la alimen­tación del primer tren subterráneo de Buenos Aires (Línea A) y de los países de habla hispana: comenzó a circular el 1 de diciembre de 1913. Por razones de pre­servación urbana, la fachada del edificio debió permanecer inalterada (Figura 1), pudiéndose trabajar solo en su interior.

Figura 1. Frente del edificio de la subestación y su entorno (foto tomada de Google Earth)

 

En la misma manzana del edificio existen edificios de viviendas, uno de ellos del tipo “en torre” de 20 pisos con ven­ta­nas a solo unos 10 m de la salida de aire de los boxes.

Esta E.T. tiene una entrada de 220 kV y alimenta a 11 subestaciones de transformación con salida de 132 kV. Consta de dos transformadores de 300 MVA c/u, con un peso de más de 300 toneladas (con posible ampliación con un tercero) que están alojados en sendos boxes de hor­migón armado de 15 cm de espesor, con medidas 12,5 m x 9 m x 10,5 m (altura) desde donde nace la salida de aire en forma de “cuello de cisne” de 12,5 m x 2,2 m y largo de 11,5 m con una curva superior de 90 grados y salida lateral. La entrada de aire se hace por debajo del nivel del piso de reja de los transformadores.

La pared que limita con la calle interna de transformadores es desmontable para permitir su even­tual retiro, eje­cutada en chapa metálica. El frente del edificio tiene un buen porcentaje de rejas para per­mitir el in­greso de aire a los boxes para el control de la temperatura. En la base del conducto de salida de aire hay una batería de for­zadores de aire (extractores) para asegurar el caudal de aire necesario de re­novación para cada box (150 000 m3/h).

Las fuentes de ruido: transformador (principalmente debido al fenómeno de magnetostricción del núcleo[i]), 8 ventila­dores y forzadores tienen los valores dados en el gráfico de la Figura 2, según medicio­nes efectuadas bajo condiciones de norma[ii]. Estos espectros dados en bandas octavas si bien responden a los patrones comunes, no pueden mostrar los principales picos caracte­rísticos, centrados en las frecuencias de 100, 200, 300 Hz y otras armónicas superiores[iii]. Las bandas que los contienen son las tres de mayor nivel sonoro (línea roja).

Figura 2. Niveles sonoros dentro de un box

 

Dado que esta E.T. está ubicada en un área residencial de la ciudad de Buenos Aires, debe cumplir simultáneamente con las si­guien­tes reglamentaciones (vigentes al momento):

  • Ordenanza municipal 33 701 que fija valores máximos de uso obligatorio.
  • Norma IRAM 4062 (similar a ISO 1996) que fija valores relativos al ruido de fondo.

De la aplicación simultánea de ambas, las condiciones más exigentes que resultan en horario nocturno son las de la Tabla 1.

Tabla 1

Niveles sonoros máximos admitidos en fincas vecinas

Estos valores se muestran en una planta simplificada del entorno de la subestación (Figura 3).

Figura 3. Niveles sonoros máximos admisible en el entorno de la subestación

 

Los tratamientos básicos implementados consistieron en:

  • Revestimiento fonoabsorbente en el interior de cada box.
  • Silenciador en la salida superior de aire de cada box.
  • Silenciador en el subsuelo de ingreso de aire a cada box.
  • Pared desmontable de cada box.

Para el primero de estos puntos se emplearon placas fono­ab­sorbentes Fonac de 50 mm de espesor tipo Clase 1[vi] de espuma semi rígida incombustible. Se revistió un área de 573 m2 en paredes y techo. Sus coeficientes de ab­sorción sonora por bandas de tercios de octavas normalizadas están dados en sus hojas técnicas, obtenidos por el méto­do de la cámara, de acuerdo con la Norma IRAM 4065 (equivalente a ISO 354). El índice global de absorción es NRC = 0,75.

La parte inferior del revestimiento en paredes fue protegida con chapas me­tálicas multiperforadas (Figura 4) con una densidad de perfo­ra­ciones y distri­bu­ción adecuadas para que se comporte como “transpa­rente al sonido”.

Figura 4. Una de las paredes revestidas

El efecto de este tratamiento sobre la energía sonora interior está dado por la expresión si­guiente, válida para recintos de dimensiones proporcionales como este caso[vi]:

R es la constante del recinto en m2 determinada por las características absorbentes del mate­rial de revestimiento. Las atenuaciones logradas en el interior del box por efecto de la absorción sonora a una distancia de unos 5 m por sobre el transformador (ingreso al cuello de cisne), resultan suficientes para ser tratadas por el silenciador que le sigue (Figura 5).

Figura 5. Atenuaciones en cada box en la entrada del cuello de cisne

 

Estas atenuaciones aplicadas a los valores previstos para el transformador y sus ventiladores, hace que sean suficientemente menores que los niveles originados por los ventiladores forza­do­res ubicados dentro del conducto (más de 10 dB por banda).

El silenciador del tipo resistivo en el cuello de cisne es esencial, ya que la salida afecta a viviendas vecinas. Se trata de dispositivos que emplean materiales absorbentes dispuestos en su interior de tal mane­ra que, permitiendo el paso de aire a lo largo del mismo, provocan una disminución de nivel sonoro en forma progresiva por fricción del aire vibrando (sonido) con el material y provocando transferencia de energía sonora en otras formas. De esto surge que el largo de un silenciador está vinculado con su efi­ciencia. Ver Figura 6.

Se adaptó uno de baffles paralelos. El espesor de los baffles y el ancho del canal definen la curva propia de atenuación del silenciador en forma de campana, lo que define una frecuencia de resonancia para la que se produce la mayor atenuación. A su vez, la resistencia al flujo de aire del material que se emplea determina el ancho de la “campana” para una misma configuración del silenciador. El valor de la resistencia al flujo Ξ depende de la densidad del material con una expresión del tipo[vii],

en la que r es la densidad del material en kg/m3, A y b constantes que dependen del material.

 

De acuerdo con las expresiones clásicas aplicables a los boxes[i], las atenuaciones calculadas para el transformador y sus ventiladores en la boca del conducto de salida de aire son del orden de 20 dB por banda de frecuencias. Por lo tanto, los niveles sonoros resultantes son menores en más de 10 dB que los originados por la batería de forzadores. De esto resulta que el silenciador debió diseñarse para estas últimas fuentes.

El silenciador diseñado consta de baffles de 100 mm de espesor, con espuma Fonac® tipo Pro pro­te­gida con chapa perforada, con coeficiente de resis­ten­cia al flujo de aire W[viii] relativo, W/ρc ≈ 2. La curva de atenuación resultante está dada en el gráfico de la Figura 7.

Figura 6. Corte de un box con transformador y entrada y salida de aire

El aire exterior ingresa desde la calle pública hacia la calle interior de los transformadores, a través de un frente de re­jas artísticas. El paso hacia los boxes se realiza a través del piso de rejas transitable reco­rriendo un subsuelo común con los boxes e ingresando a su interior a través de otro piso de rejas transitables ubicado en toda su planta, por debajo del trans­for­ma­dor.

En el volumen del subsuelo de los boxes se sus­penden baffles absorbentes Bel de 0,61 m x 1,22 m y 50 mm de es­pesor revestidos por un foil imper­meable, para evitar contaminación por un eventual goteo de aceite o agua. Los baf­fles sin solución de con­ti­nuidad se suspenden en líneas paralelas separadas en­tre sí por 0,5 m.

Figura 7. Atenuación prevista para el silenciador en el cuello de cisne

 

La pared desmontable que comprende un tramo vertical de 5,5 m de altura y un plano inclinado de 3,3 m hasta alcanzar una altura total de 8 m, por 12,5 m de ancho (para ingreso/egreso del transfor­mador) se ejecutó en chapa de acero BWG #16 con refuerzo de Fonac Barrier antes del revestimiento absorbente interior. Los paños se montaron sobre estructura metálica portante, sellada, también desmon­table.

La antecámara (calle de transformadores) actuando como cámara de expansión antes de alcanzar la vía pública, hace que sea suficiente la atenuación del conjunto desmontable, dado por un índice de reducción acústica compensado Rw = 35 dB.

Este trabajo, como todos los de subestaciones, tuvo muy en cuenta las exigencias de las tempe­raturas interiores que afectan el rendimiento de los transformadores y hasta la posibilidad de su detención. Normalmente lo que necesita el experto en ventilación y control de temperatura es lo opuesto a lo que requiere el acústico, por lo que se debieron adoptar posturas que representaron una solución de compro­miso del problema global. También forman parte de las discusiones la obra civil, mon­tajes, instalaciones ter­momecánicas, control de incendios.

 

Lic. Juan C. Giménez de Paz

Expresidente

Decibel Sudamericana S.A.

 


[i] Magnetostricción es el proceso por el cual los elementos del núcleo cambian sus dimensiones en la dirección del flujo magnético, con lo que se originan tensiones mecánicas, lo que fácilmente se traduce en su ruido tonal carac­terístico.

[ii] Norma IEC 551, “Determination of transformer and reactor sound level”.

[iii] Ver por ejemplo, E. Replinger, “Study of Noise Emitted by Power Transformers Based on Taday’s Viewpoint”. International Conference on Large High Voltage Electric Systems (París, 1988) 12-08.

[iv] De acuerdo con Norma IRAM, equivalente a UL 94 HBF

[v]  M.Hodgson y A.C.C.Warnock, “Noise in Rooms”. Cap.7 de L.L.Beranek y I.L.Vér (edito­res) “NOISE AND CONTROL ENGINEERING”. John Wiley & Sons (New York, 1992).

[vi] Juan C. Giménez de Paz, “Resistencia al flujo de aire de materiales porosos”. Carta Metrológica del Sistema Interamericano de Metrología N° 6 (1984) pgs.85 a 98.

[vii] L.L. Beranek y I.L. Vér (editores), “NOISE AND VIBRATION CONTROL ENGINEERING”. J.Wiley & Sons, Inc. (New York, 1992) Apartado 7.3.

[viii] W: “Strömungswiderstand”; [W] = N.s/m3, de acuerdo con la norma DIN 52 213 “Bestimmung des Strömungs­wider­standes”


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