Universidad “Fermín Toro”

Vice Rectorado Académico

Facultad de Ingeniería

Cabudare, edo. Lara

Memoria Descriptiva

Caso de Proyecto: Torre Eiffel

Integrantes:

Arroyo Oswaldo

Briceño Marcos

Sánchez José Francisco

Prof. Andrés Soto

Asignatura: SPAT

Sistema Puesta a Tierra para la Torre Eiffel

Para la creación del sistema puesta tierra se necesitan seguir una serie de pasos el primero es el estudio de la estructura para después pasar al calculo del índice de riesgo y por ultimo el diseño del sistema puesta tierra si es necesario.

La Torre Eiffel

La Torre Eiffel fue construida para la Exposición Universal de 1889 que se celebraría en conmemoración del centenario de la Revolución Francesa. Gustave Eiffel y su compañía fueron los encargados de este proyecto que comenzando en 1887 y concluido en marzo de 1889. Representando hoy en día un símbolo de Francia.

Es una gran estructura metálica de unas 10.000 toneladas y su altura, originalmente era de 300 metros, y mas tarde llego a 324 metros, con la instalación de una antena de radio y televisión que fue añadida mucho después. En su construcción Trabajaron en unos 200 obreros que unieron más de 18.000 piezas de hierro. Los cimientos alcanzan los 30 metros de profundidad, debido a la proximidad con el río y la naturaleza del subsuelo.

Compuesta de tres niveles, se puede acceder a los dos primeros mediante escaleras o a través de un ascensor.

En el presente proyecto se necesita evaluar el índice de riesgo para saber si es necesario o no la instalación de un sistema puesta a tierra.

Índice de Riesgo

En el índice de riesgo se estudian diversos factores para así determinar que tan importante es la instalación del sistema puesta a tierra para la estructura.

Entre los distintos factores o índices que necesitamos estudiar tenemos:

› Índice A: Uso al que se destina la estructura o edificación

› Índice B: Tipo de Construcción

› Índice C: Tipo de Inmueble

› Índice D: Grado de Aislamiento

› Índice E: Tipo de Terreno

› Índice F: Altura de la Estructura

› Índice G: Números de Días de Tormentas por Año

Ahora se procederá a determinar el valor de cada índice.

Índice de Riesgo A

Uso al que se destina la estructura o edificación Valor el Índice

Casas y otras construcciones de tamaño similar. 2

Casas y otras construcciones de tamaño similar con antenas exteriores. 4

Industrias, talleres y laboratorios. 6

Edificios de oficina, hoteles, edificios de apartamentos. 7

Lugares de reunión, como iglesias, auditorios, teatros, museos, salas de exposición, tiendas por departamentos, oficinas de correos, estaciones, aeropuertos y estadios.

8

Escuelas, hospitales, guarderías infantiles y ancianatos. 10

La Torre Eiffel es uno de los atractivos turísticos más importantes del mundo,

recibe anualmente mas de 6 millones de personas por eso se toma el valor para el índice A

de 8.

Índice de Riesgo B

Tipo de Construcción Valor el Índice

Estructura de acero con techo no metálico. 1

Concreto forzado con techo no metálico. 2

Ladrillo, concreto liso o albañilería, con techo no metálico de material incombustible.

4

Estructura de acero o concreto armado con techo metálico. 5

Estructura de madera o con revestimiento de madera con techo no metálico de material incombustible.

7

Ladrillo, concreto liso, albañilería, estructura de madera con techo metálico.

8

Cualquier construcción con techo de material combustible. 10

La torre Eiffel es una estructura de Hierro Pudelado con más de 18.000 piezas de hierro por lo tanto se toma un valor para el índice B de 5.

Índice de Riesgo C

Contenido o Tipo de Inmueble Valor del

Índice C

Inmuebles residenciales, oficinas, industrias y talleres con contenido de poco valor, no vulnerable al fuego.

2

Construcciones industriales o agrícolas que contienen material vulnerable al fuego.

5

Plantas y subestaciones eléctricas y de gas, centrales telefónicas y estaciones de radio y televisión.

6

Plantas industriales importantes, monumentos y edificios históricos, museos, galerías de arte y construcciones que contengan objetos de especial valor.

8

Escuelas, hospitales, guarderías y lugares de reunión. 10

Como ya es expreso anteriormente la torre Eiffel es un monumento que representa a Paris y a Francia con mucha importancia histórica, y turística, tomando aun índice C de 8.

Índice de Riesgo D

Grado de Aislamiento Valor del Índice

Inmuebles localizados en un área de inmuebles o árboles de la misma altura, en una gran ciudad o bosque.

2

Inmuebles localizados en un área con pocos inmuebles de la misma altura.

5

Inmueble completamente aislado que excede al menos dos veces la altura de las estructuras o árboles vecinos.

10

Con su tamaño de 324 m no existe una edificación que se le acerque a su tamaño y por otra parte la torre esta ubicada en una zona donde no se encuentran otras estructuras alrededor de unos kilómetros eligiendo un índice D de 10.

Índice de Riesgo E

Tipo de Terreno Valor del

Índice

Llanura a cualquier altura sobre el nivel del mar. 2

Zona de colinas. 6

Zona montañosa entre 300 y 1000 m. 8

Zona montañosa por encima de 1000 m. 10

Se tomo un índice E de 2, debido a que la torre no esta ubicada en una zona montañosa sino todo lo contrario en una llanura llamada el campo marte.

Índice de Riesgo F

Altura de la Estructura Valor del Índice

Hasta 9 m. 2

de 9 m a 15 m. 4

de 15 m a 18 m. 5

de 18 m a 24 m. 8

de 24 m a 30 m. 11

de 30 m a 38 m. 16

de 38 m a 46 m. 22

de 46 m a 53 m. 30

La torre presenta una altura de 324 por tal razón tomamos para este índice el ultimo valor de la tabla es decir 30.

Índice de Riesgo G

Números de Días de Tormentas por Año Valor del Índice

Hasta 3. 2

de 3 a 6. 5

de 6 a 9. 8

de 9 a 12. 11

de 12 a 15. 14

de 15 a 18. 17

de 18 a 21. 20

más de 21. 21

En el 2008 se registraron 19 tormentas eléctricas en la zona de ubicación de la torre, para el 2009 se registraron 21 y 2010 un total 20, tomando así como índice G, el valor de 20

Calculo del índice de riesgo:

Una vez con los valores de cada índice es necesario sumarlos para saber el total.

Índices de Riesgos Valores de los Índices

Índice de Riesgo A

Lugares de reunión, como iglesias, auditorios, teatros, museos, salas de exposición, tiendas por departamentos, oficinas de correos, estaciones, aeropuertos y estadios.

8

Estructura de acero o concreto armado con techo metálico. 5

Índice de Riesgo C

Plantas industriales importantes, monumentos y edificios históricos, museos, galerías de arte y construcciones que contengan objetos de especial valor.

8

Índice de Riesgo D

Inmueble completamente aislado que excede al menos dos veces la altura de las estructuras o árboles vecinos.

10

Índice de Riesgo E

Llanura a cualquier altura sobre el nivel del mar.

2

Índice de Riesgo F

de 46 m a 53 m.

30

Índice de Riesgo G

de 18 a 21 tormentas por año.

20

Total de Índice de Riesgo 83

Obteniendo el total lo comparamos con los valores predeterminados para saber que tan necesario es el sistema puesta a tierra para la torre.

Índices de Riesgos: Clasificación

0 - 30: Sistema de protección opcional.

31- 60: Se recomienda una protección.

Más de 60: La protección es indispensable.

“El valor de Índice de Riesgo de La Torre Eiffel es igual a 83 por lo que se hace necesario el sistema puesta a tierra”.

Diseño del Sistema Puesta a Tierra

Barra MGB:

La Barra Principal de Tierra (MGB) es el punto común de la conexión para los productores de sobrevoltajes transitorios (P) y los absorbedores de carga (A), lo mismo que para las tierras de los equipos de ambas áreas las NO - aisladas (N), y las aisladas (I).

La barra MGB es una barra de cobre que está aislada de su soporte y ubicada afuera del área IGZ. Sus dimensiones mínimas son: 457 mm de largo x 78 mm de anchura y 6.35 mm de espesor.

La barra MGB se monta generalmente en la pared del sitio de telecomunicaciones, proporcionando la ruta más directa del conductor de campo de tierra de la oficina central. Todos los terminales a la barra MGB deben ser conectados al conductor por medio de sujetadores del tipo de lengüetas de dos pernos que tengan conexión de compresión o soldadura exotérmica con el conductor. La configuración de la unión a la barra MGB facilita la concentración y disipación de altas sobre corrientes generadas afuera del cableado de la planta, equipo de radio, etc. por medio de las secciones (P) y (A) de la barra.

Esta barra presenta las siguientes secciones:

Sección P:

La sección “P” de la Barra de Tierra Principal son el punto de conexión para los generadores de sobre corrientes tales como: Tierras de los equipos de microondas y radio: gabinetes internos y cubiertas Barra de tierra para cables de entrada. Barra de tierra de la armazón de distribución principal (MDF) Marco de tierra del generador.

También debe conectarse la ventana de entrada de la guía de ondas, el receptor Multicoupler (RMC). Cada RMC debe tener su conexión a la barra MGB; Terminales del protector de teléfonos y Chasis de generadores de emergencia.

Sección N:

La sección (N) de la barra MGB es el punto común de referencia a tierra, para todo equipo a tierra no aislado. Las conexiones hechas a la sección (N) son para prevenir diferencias de voltaje entre los armarios metálicos del equipo y los gabinetes fuera del área fuera de la zona IGZ (Zonas de Tierra Aisladas). Todas las estructuras del equipo, el hierro de la barra MDF, armarios para cables, armarios para batería y otras superficies de

metales expuestos, que podrían ser energizados, están unidos a la barra MGB en este punto.

La sección (N) es también el punto de referencia de tierra para la planta de potencia DC de la oficina central (+48 voltios de retorno). Las conexiones típicas a la sección “N” de la barra de tierra principal son: Marcos de equipo misceláneo y bastidores, Objetos metálicos y Barra colectora del retorno de batería (+).

Sección I:

La sección (I) de la barra MGB es el punto principal de conexión para las tierras IGZ. Esta tiene típicamente la menor variación de voltaje de las secciones de la barra MGB. Por consiguiente, las conexiones de la barra GWB son hechas de esta sección de la barra MGB.

Para nuestro caso utilizamos una Barra MGB como parte del diseño puesta a tierra interior de la estructura, la cual ubicamos desde la parte superior de la torre específicamente el 3er Nivel hasta el suelo la planta baja de la torre quedando una instalación como se presenta a continuación:

Luego procedimos con la instalación de las barras secundarias TGB para cada uno de los diferentes niveles de la Torre Eiffel, la cuales se conectaran con la barra MGB anteriormente instalada, quedando de la siguiente forma:

Para el 1er Nivel:

Para el 2do Nivel:

Para el 3er Nivel:

Lo cual quedaría como resultado un diseño final del sistema puesta a tierra interior para la torre Eiffel de la siguiente manera, una barra MGB instalada desde la parte superior hasta el suelo que haga contacto con la tierra y 3 barras TGB una para nivel de la edificación:

Diseño Final SPAT Interior:

La justificación de este diseño esta en que esta estructura posee equipos de telecomunicaciones en su parte superior. La instalación de estas Barras se sugiere a los sitios con torres de radio, con el propósito de la conexión a tierra que proporciona una trayectoria de baja impedancia, desde las antenas y la torre, a tierra. Todos los blindajes de las líneas de transmisión RF son conectados a tierra en diferentes puntos.

La tierra externa del edificio consiste de un conductor desnudo enterrado usualmente en forma de anillo alrededor del edificio. El anillo de tierra exterior proporciona la conexión primaria a tierra. Los dos anillos el de la torre y el del edificio se conectan conjuntamente y son complementados con varillas de tierra.

La barra MGB ofrece un punto de baja resistencia para todas las tierras interiores. Todo el equipo RF se conecta directamente a la barra MGB. La Barra de Tierra Principal MGB se conecta al anillo de tierra externo, a la conexión a tierra de potencia AC y otras tierras tales como la estructura metálica del edificio.

Para el diseño del sistema puesta a tierra exterior se utilizaron diferentes elementos con el fin proteger la estructura en caso de que esta reciba descargas atmosféricas, los elementos que se utilizaron para el diseño fueron:

Pararrayos:

Es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones.

Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero), con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio. El cabezal está unido a una toma de tierra eléctrica por medio un cable de cobre conductor.

En nuestro diseño se propuso la instalación de un pararrayos en la parte superior de la Torre con el objetivo de prevenir descargas atmosféricas que pudiesen perjudicar la integridad física de los turistas y trabajadores de la Torre. Además para conservar la integridad de los equipos de telecomunicaciones presentes en el 3er Nivel. La instalación quedo representada de la siguiente forma:

Hay que mencionar que en la instalación se propuso el cable de cobre que unirá el pararrayos con la tierra pero la forma de unir este cable con la torre será mediante algún tipo de material aislante debido a que esta estructura es de hierro y las energías de alguna descarga atmosférica producida pudiesen ser perjudiciales. La idea principal de este sistema puesta a tierra exterior es prevenir descargas atmosféricas como la presentada en la imagen.

Cable de Cobre

Pararrayos