Grietas en aisladores estresan ingeniero

He estado en este negocio durante más de 35 años y nunca he visto fallar un aislador de la base — ni siquiera agrietarse... hasta hace poco
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PORTLAND, Oregón — En su gran mayoría, los aisladores de torres son bastante resistentes. He estado en este negocio durante más de 35 años y nunca he visto fallar un aislador de la base — ni siquiera agrietarse... hasta hace poco.

Por Cris Alexander

La porcelana es un material resistente y muy durable en compresión; no se quiebra. Eso hace que sea un material excelente para ser utilizado en aplicaciones que deben soportar un cierto peso (como debajo de una torre). El mismo material se utiliza para los aisladores de tensores en aplicaciones de AM. El tensor pasa a través de los aisladores, los cuales comprimen el material de porcelana y no lo jalan.

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Es posible apreciar las grietas y las decoloraciones en la sección inferior del aislador al sudoeste.

En aplicaciones de torres de AM atirantada, se coloca un aislador cilíndrico o en forma de cono entre el pilar de la base y la placa de la base de la torre. El peso total de la torre comprime el material del aislador.

Las torres autoportantes son un poco diferentes porque tienen momentos hacia abajo y hacia arriba, según la dirección y la velocidad del viento. En virtud de ello, los aisladores de la base debajo de las patas de una torre autoportante deben trabajar en ambas direcciones, tanto soportando el peso de la torre como manteniendo la pata de la torre en el cimiento, según las circunstancias de un preciso momento.

Esa doble tarea requiere de un diseño especial, por lo general un par de aisladores de porcelana cautivos en una estructura de acero o hierro. El aislador inferior soporta el peso de la pata de la torre mientras que el superior mantiene la pata de la torre en la tierra.

En mi compañía tenemos algunas señales de AM heredadas, y algunas de ellas emplean torres autoportantes con este tipo de diseño de aislador dual. Algunas de estas torres y aisladores datan de mediados de la década del 30, un testimonio de su durabilidad.

Los aisladores de la base deben funcionar a la intemperie en cualquier condición climática, brindando aislamiento entre los miembros metálicos arriba y el suelo debajo, en toda clase de condiciones (humedad y sequía, suciedad y limpieza). Prácticamente es imposible que un aislador de la base seleccionado apropiadamente se arquee debido a la excitación de RF o a una combinación de RF y electricidad estática. A lo largo del aislador de base por lo general se proveen bolas de chispa para brindar un trayecto de descarga para la estática y los rayos, lejos del material de porcelana del aislador.

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Puede verse el soporte de levantado cuando se retira el ensamblaje del aislador.

Un día, sin embargo, eso aconteció en KKPZ(AM) de Portland. Nuestra emisora opera con 5 kW todo el tiempo, usando una antena direccional de tres torres. Las torres autoportantes de 94,5 y 133 metros datan de principios de la década del 60. Radio Disney opera su KDZR de banda expandida con 10 kW de día/1 kW de noche en la torre Número 3 del conjunto, la cual es una de las torres de 94,5 metros y la torre de baja potencia del conjunto direccional de KKPZ.

Hace un tiempo nos encontrábamos en la etapa final de un proyecto de pintura de las torres. Al final de un día de trabajo nuestro ingeniero en jefe notó que la superficie de porcelana de dos de los aisladores de la base debajo de la torre Número 3 había sido rociada con pintura. Se lo notificó al equipo de la torre y ellos limpiaron los aisladores con un trapo húmedo.

A la mañana siguiente había neblina y todo estaba empapado. Cuando nuestro ingeniero llegó al sitio temprano ese día, una persona del equipo de la torre lo saludó y le preguntó: "¿está bien que esos aisladores de la base humean?" Nuestro ingeniero notó que en realidad había cantidades copiosas de vapor subiendo de dos de los aisladores, y desde su punto privilegiado en el estacionamiento vio lo que parecía ser un arco de plasma sostenido danzando sobre la superficie del aislador más cercano.

Se dirigió rápidamente al edificio y apagó los transmisores, lo cual extinguió los arcos de inmediato. Junto al equipo de la torre examinó los aisladores de la base y encontró rastros de carbono y grietas en los dos aisladores que habían sido contaminados con la pintura y limpiados posteriormente.

Limpiaron los aisladores a fondo y todos contuvieron su respiración mientras se aplicaba la excitación de RF. Para nuestro gran alivio, los aisladores aguantaron; no más arcos.

La pregunta en ese momento preciso: ¿Las grietas estaban simplemente en el vidriado de la superficie o eran más profundas? ¿Era esta una cuestión cosmética o estructural?

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Uno de los reemplazos de aislador terminados, listo para la preparación y la pintura. Observe la placa del adaptador de metal desnudo atornillada a la pata de la torre.

Reemplazar un aislador de la base es bastante complicado, especialmente en una torre autoportante. En el caso de una torre atirantada, es posible aflojar los tensores y "recoger" la torre con una grúa o levantarla con una gata, ganando el espacio necesario para girar el aislador antiguo hasta sacarlo y girar el nuevo hacia adentro hasta dejarlo en su lugar.

En el caso de una torre autoportante no es así. Las fuerzas en tres de las cuatro patas están en equilibrio. No se puede usar una grúa o gata para levantar una pata sin brindar algún tipo de soporte para mantener la pata abajo. Una vez que los pernos que sostienen el ensamblaje del aislador están afuera, si no hay nada que sostenga la pata de la torre abajo, una ráfaga de viento en ese lado de la torre podría voltear la estructura.

Tuvimos todo eso en consideración mientras evaluábamos si debíamos o no reemplazar los aisladores de inmediato. Decidimos esperar y ver si aparecía alguna evidencia de problemas estructurales.

Los aisladores utilizados en esta torre ya hace años que no se fabrican, y cualquier repuesto sería muy costoso y tendría una mecánica totalmente a los existentes. Empecé a comentar lo que estábamos buscando y al cabo de unos días encontré un par de aisladores de segunda mano de la misma marca y el mismo modelo. La única diferencia residía en que el patrón del perno variaba del patrón de las patas de la torre.

Para lidiar con el problema del patrón del perno, contraté a un ingeniero de estructuras para que diseñara una sección adaptadora, básicamente una parte de la pata de la torre (ángulo de hierro) taladrada de modo que coincidiera con el patrón del orificio del aislador en un extremo y taladrada con otro patrón en el otro extremo. Estas secciones fueron fabricadas por una fundición local, de modo que ya estábamos listos.

Pero antes de que nos abocáramos de lleno al proyecto, opté por esperar y observar detenidamente los aisladores existentes. Era, después de todo, perfectamente posible que las griegas estuvieran sólo en la superficie y quizás podríamos evitar la ardua tarea de reemplazar los aisladores. Si ese era el caso, sólo habríamos gastado unos US$2.000 o US$3.000 en concepto de aisladores adicionales, ingeniería y fabricación.

Todo funcionó normalmente durante aproximadamente un año. Las grietas no se agrandaron ni mostraron ninguna otra señal de que fueran profundas. Finalmente, sin embargo, comenzamos a notar un cierto desplazamiento horizontal en una de las líneas de las grietas, una señal certera de que la grieta era más profunda que el mero vidriado. Era hora de emprender la difícil tarea de cambiar los aisladores.

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Los soportes de la torre original tuvieron que ser serruchados para poder montar los nuevos aisladores, que utilizaban un espaciado diferente entre los pernos.

Contratamos a P&T Tower, una compañía de mantenimiento de torres de la costa oeste que había realizado un trabajo excelente para nosotros en el pasado, para que idearan cuidadosamente un procedimiento para levantar la torre y reemplazar los aisladores. Construyeron algunos soportes de levantado a medida que se encargarían de asegurar la pata de la torre en ambas direcciones durante el reemplazo de los aisladores. Y luego esperamos a que el clima fuera el indicado. Y esperamos. Y seguimos esperando.

Pasaron varios meses después de haber tomado la decisión de continuar con el reemplazo de los aisladores que finalmente llegó el buen tiempo, varios días de viento calmo y buen clima conforme al pronóstico. Por supuesto, el clima no respondió a las predicciones de los pronosticadores en un 100 por ciento, pero los días con buen clima fueron suficientes para realizar el trabajo.

El equipo empezó por la pata del sudeste, colocó el soporte de levantado en su lugar, lo probó, realizó algunos ajustes, intentó nuevamente y finalmente levantó la pata de la torre unos 3 milímetros del aislador, lo cual fue suficiente para girar el antiguo aislador hasta quitarlo y enroscar el de reemplazo.

A continuación, serrucharon la pata de la torre por sobre los orificios de los pernos anteriores y atornillaron la sección adaptadora en su lugar sobre el aislador. Luego adosaron un taladro magnético a la pata de la torre y lo utilizaron para agujerear la pata conforme al patrón del perno de la sección adaptadora. Instalaron los pernos, y luego soldaron las "catedrales" (los soportes en diagonal que se adosan a los ensamblajes del aislador).

Luego le tocó el turno a la pata del noroeste y, una vez que los aisladores de reemplazo estuvieron en su lugar y todos los pernos y soldaduras realizadas, respiramos aliviados.

He reemplazado aisladores de la base en el pasado, pero siempre en torres atirantadas. Por eso estaba nervioso. Reemplazar dos aisladores en una torre autoportante fue algo casi aterrador. Espero no tener que hacerlo otra vez.

-- Cris Alexander es director de ingeniería de Crawford Broadcasting.

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