Subestación transformadora de electricidad “Centenario”

El diseño y resolución satisfactoria del problema de ruido de esta subestación, junto con la S. E. Azopardo (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”.

Decibel Sudamericana realizó tratamientos acústicos en subestaciones urbanas cerradas y abier­tas, con excelen­tes re­sultados. En este texto se describirá el tratamiento diseñado y ejecutado en el año 2000 para la S.E. 049 “Centenario” de EDESUR, ubicada en Ramos Mejía 1007, CABA, muy próxima a Parque Centenario.

Esta subestación es del tipo abierta, es decir, que sus transformadores están sobre una su­per­ficie no restringida, separados entre ellos por un muro cortafuegos, por razones de seguridad y otro de sus lados cerrado por un muro que limita la subestación con la calle A. Machado (ver Figura 1).

Figura 1. Paredón que separa área de transformadores con espacio público

Los transformadores y sus ventiladores de refrigeración son sus principales fuentes de ruido. Algunos comentarios sobre las características de sus espectros sonoros se dieron brevemente en la nota sobre la S.E. Azopardo.

El ruido propio de los transformadores está originado por el fenómeno de magnetostricción que se origina en su núcleo y da origen a un ruido tonal con una frecuencia característica de 100 Hz y sus primeros múltiplos. Otra fuente que suele estar presente en lapsos de temperaturas ele­vadas, son los ventiladores de enfriamiento de los trans­for­ma­dores con un espectro continuo de ban­da ancha.

Para el control del ruido, atenuando al que pueda afectar a fincas vecinas y al interior de la pro­pia subestación, se suelen diseñar e instalar pantallas acústicas, dejando a un lado a las fuentes de rui­do y al otro, el sitio de protección. En su cumbrera se produce el fenómeno de difracción por el que se genera una fuente sonora virtual, de geometría cilíndrica con sonido que se transmite hacia el lado protegido, transformándose el sector de “sombra” (por analogía con la luz) en un sector de “penum­bra”. Se esquematiza en la Figura 2.

Figura 2. Esquema de una pantalla aislante entre fuente de ruido y sitio a proteger

 

El modelo más usado de tratamiento con pantallas aislantes del ruido es el formalizado por Kurze y Anderson[i] basado en trabajos experimentales en modelos a escala. La curva característica de la atenuación sonora es la mostrada en la Figura 3 en función de un único parámetro adimensional N, o número de Fresnel, que es directamente proporcional a la frecuencia f, de manera que la curva tiene la misma característica en función de la frecuencia.

Figura 3. Atenuación de una pantalla en función del número de Fresnel N

Fijadas las dimensiones de la pantalla y su distancia a la fuente y sitio de protección (pará­metros de los que también depende el número de Fresnel), debe asegurarse la eficiencia para las bajas frecuencias, ya que las que le siguen, es más eficiente.

Para el momento de encarar esta tarea, Decibel ya había diseñado e instalado pantallas acús­ticas en varias subestaciones transformadoras tanto de EDESUR como de EDENOR, solucionando los problemas propuestos. Lo mismo para otras ramas de la industria ajenas al sector eléctrico.

Existe un modelo de trabajo ya muy experimentado para el diseño de pantallas acústicas. En primer lugar, se deben seleccionar los materiales constitutivos que provean una capacidad de aisla­mien­to (como pared) superior al que se prevea para la pantalla. En estos casos se emplearon chapas metálicas ciegas de espesor mayor a chapa #18, más Fonac® Barrier, más espuma Fonac® y chapa mul­­tiperforada en ese orden, visto desde el sitio de protección. Estas chapas, además de actuar como protección mecánica, produce modificaciones calculables en la curva de absorción sonora del material absorbente[ii]. En la Figura 4 se muestra una pantalla tradi­cional vista des­de el lado de la fuente de ruido.

En estas condiciones, el modelo de cálculo predictivo tiene en cuenta dimensiones de la pantalla, alturas relativas con el sitio de emi­sión y el de inmisión sonora y distancias entre ellos.

Figura 4. Vista desde el lado de la fuente sonora de una pantalla aislante con revestimiento absorbente

La Subestación Centenario forma parte del sistema de distri­bu­ción de EDESUR S.A. Está alimentada por una doble terna en 132 kV y distribuye con salidas en 13,2 kV. Tiene una capacidad de transfor­ma­ción instalada de 80 MVA en cuatro máquinas de 20 MVA y relación de transformación de 132/13,2 kV. La configuración en alta tensión es del tipo de dos barras simples acopladas longitudi­nalmente, cada barra alimentando dos transformadores. Tanto los elementos de maniobra de 132 kV como los transformadores se encuentran ubicados en una playa a la intemperie, estando la S.E. ubicada en una zona urbana densamente poblada.

El problema presentado fue la repotenciación de la subestación (incremento del ruido) afec­tando a dos edificios gemelos de varios pisos cada uno, con sus frentes sobre calles opuestas y sus con­trafrentes, con puertas balcón y balcones externos a un jardín común, pulmón de manzana, sesgado sobre el predio de la S.E. Este edificio fue de construcción posterior a la subestación, con lo que los tratamientos originales no tenían en cuenta esta contingencia. Los niveles sonoros excedidos respecto de los máximos per­mitidos, me­di­dos en el interior de departamentos, cuyos ocupantes se que­jaban por la molestia de los ruidos, son los que se muestran en la Figura 5. No se incluye piso y depar­tamento por tratarse de datos privados.

Al objetivo de la reducción sonora, se debieron respetar dos requerimientos adicionales del comitente:

 

  • Dejar una abertura de 1 m por debajo de la pantalla para ingreso de aire de renovación; y
  • Altura de las pantallas menor a los 6 m para mantener las distancias eléctricas exigi­das.

 

Ambos requisitos comprometían severamente el objetivo acústico, porque por la primera con­dición se producía un paso franco de sonido y por el segundo, no se lograban las atenuaciones previs­tas por el modelo, al ser menor la altura posible que la necesaria. Esto dio origen al análisis de trata­mien­tos alternativos que pudieran aplicarse en este caso

El sistema adoptado fue el desarrollado por el Instituto de Acústica Técnica de la Technische Universität Berlín (T.U. Berlin) para control de ruido de ferroca­rriles, proyecto encabezado por el Prof. Dr.-Ing. Michael Möser, a la sazón director del citado instituto alemán. Además de la lectura de los trabajos publicados, se mantuvo una activa comunicación con el nombrado científico.

Figura 5. Niveles sonoros en exceso en departamentos afectados respecto a los máximos permitidos

 

Ambas limitaciones fueron superadas entonces con una misma solución: incorporación de cum­breras en los filos superior e inferior de cada pantalla. La superior diseñada para el tratamiento de bajas frecuen­cias (tonos de 100, 200 y 300 Hz) de los transformadores y la inferior, para la banda an­cha de los ven­ti­la­dores, dado la cercanía con esa fuente de ruido.

Las cumbreras consistían en resonadores Helmholtz en la forma de un cilindro hueco multi­perforado[iii]. Este diseño tiene la particularidad de poder “sintonizar” las frecuen­cias capaces de ser ab­sorbidas, con diámetro de perforación, dispersión, espesor de la envolvente y volumen hueco interior que conforman un sistema resonante adecuado.

La ubicación en el filo inferior debe entenderse como una pantalla en posición invertida, con lo que la cumbrera incrementa la atenuación en la región de penumbra, equivalente a cerrar la abertura obligada.

Este tratamiento piloto, no aplicado con anterioridad en el país y posiblemente tampoco en el extranjero, permite adoptarlo como solución en otras instalaciones con problemas similares. El mé­rito, además de solucionar el problema acústico planteado, es la transferencia de un diseño de labo­ra­torio en el extranjero a una aplicación de campo, y el desarrollo de un algoritmo para adaptarlo a un uso diferente al original.

Como tratamiento complementario y necesario para lograr las atenuaciones deseadas, se efec­tuó el revestimiento de las superficies existentes enfrentadas a los transformadores (muros parallamas y divisorio con la calle pública) con placas fo­noabsorbentes Fonac® y una cubierta protec­tora de cha­pa metálica multiperforada.

Con estas superficies así reves­ti­das, al igual que las caras interiores de las pantallas (todas con igual tratamiento absorbente que minimiza las reflexiones in­ternas y así, el incremento de nivel so­no­ro), se observan las cuatro caras inte­riores como lo muestra la usuales Figura 4.

Los cilindros diseñados e incor­po­rados a las pantallas son los que se ilustran en la Figura 6.

Figura 6. Cilindros multiperforados como cumbreras de las pantallas

Debido a los diferentes espectros a atenuar, la superior tiene un diámetro de 1 100 mm y la inferior, 300 mm. En am­bos casos se dividió el volumen en sectores (visto en corte) con igual espe­sor de chapa, diámetro de las perforaciones y su dispersión. Las superficies de los sec­tores en contacto con la pantalla se man­tuvieron ciegas, ya que los mismos no re­ciben prácticamente presión sonora y me­jo­ran la rigidez del montaje sobre la pan­ta­lla. Se muestra un corte de cada uno con sus dimensiones en la Figura 7.

Figura 7. Cortes esquemáticos de la cumbrera superior y de la inferior

 

Las atenuaciones logradas como diferencias entre los valores de nivel sonoro medidos antes y luego del tratamiento en los mismos departamentos, fueron del orden de 10 a 15 dBA según sitio de medición, los que surgen de los informes metrológicos presentados al comitente con su aprobación. La respuesta subjetiva de los vecinos fue coincidente con los resultados objetivos.


Finalmente, como una última ilustración, se muestra en la Figura 8 un corte de las posiciones relativas del transformador con las pantallas instaladas. Las componentes acústicas están dibujadas en color rojo.

 

 

Figura 8. Corte de un box con el transformador y sus ventiladores junto con las pantallas y revestimientos

 

Este tratamiento produjo las siguientes innovaciones:

  1. Adaptación de un trabajo de laboratorio con un destino definido, a una aplicación dife­rente de campo.
  2. Aplicación original para el país y más allá, para subesta­ciones eléctricas.
  3. Desarrollo de un algoritmo para predecir rangos de frecuencias a atenuar.
  4. Independencia del desarrollo de toda relación con entidades extranjeras, sujeta a pro­tección de Marcas y Patentes.
  5. Aprobación por parte de EDESUR para tratamientos en otras subestaciones similares a Centenario.

 

Por el diseño de la solución comentada, el firmante de esta nota recibió el Premio BBVA Ban­co Francés al Tecno Emprendedor, 10ª edición 2001 “En recono­cimiento a la labor y al esfuerzo re­alizado en beneficio del desarrollo tecnológico de nuestro pa­ís”, categoría Empresarios. Trabajo: “Panta­llas acús­ticas con cumbreras re­sonantes”.

 

Lic. Juan C. Giménez de Paz

Expresidente

Decibel Sudamericana S.A.

 


[i] Juan C. Giménez de Paz, “DISEÑOS ACUSTICOS PARA ATENUACIÓN SONORA”. Giménez de Paz Ediciones (San Antonio de Padua, 2017). Páginas 216 a 223.

[ii] T.J. Schultz, Acoustical uses for perforated metals”. Editado por Industrial Perforators Asoc., Inc. (1986)

[iii] U.J. Kurze y G.S. Anderson, “Sound attenuation by barriers”. Appl. Ac. 4 (1971) 35/53.

 


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