Una torre de transmisión convencional se diseña para soportar su propio peso, los conductores eléctricos, las cargas del viento y otras condiciones propias del lugar donde será instalada. Llevar esa estructura hasta varios metros de altura y ubicarla frente al Canal de Chacao cambia considerablemente la escala de complejidad.
Ese es uno de los desafíos de ingeniería del proyecto Tineo-Nueva Ancud, que conectará la subestación Tineo con la subestación Nueva Ancud mediante una línea de aproximadamente 96 kilómetros. El Estudio de Impacto Ambiental contempla un cruce aéreo sobre el Canal de Chacao, lo que lo ha convertido en uno de los principales desafíos técnicos del proyecto.
Por eso, para los ingenieros la cuestión va más allá de cuánto peso soporta una torre. La ingeniería necesita determinar cómo responderá todo el conjunto cuando el viento cambia de intensidad, los cables se mueven, ocurre un sismo o una condición excepcional modifica las tensiones que llegan hasta la estructura.
Condiciones que cambian la escala del proyecto
El cruce posee una configuración especial. El proyecto contempla diferentes estructuras como torres de anclaje y torres de suspensión. Estas últimas deben sostener los conductores a ambos lados del tramo principal sobre el canal y el vano central es el que cruza el canal.
La altura de las grandes estructuras supera los 200 metros y su dimensión responde en buena medida a una necesidad sencilla de comprender para su operación. Incluso cuando los conductores alcanzan su máxima flecha (el punto en que cuelgan más debido a su propio peso y condiciones de operación) debe mantenerse una distancia libre suficiente sobre la zona navegable.
El viento y sus variables
Pensar en el viento únicamente como una fuerza horizontal constante simplifica demasiado lo que ocurre sobre una estructura de esta escala.
Una ráfaga aparece, aumenta rápidamente su intensidad y desaparece. El viento también cambia con la altura y contiene fluctuaciones que producen movimientos sobre torres y conductores.
Para el cruce, existen dos familias de eventos. La primera corresponde a vientos sinópticos, asociados a sistemas meteorológicos de mayor extensión y duración. La segunda considera corrientes descendentes intensas asociadas a tormentas que, al aproximarse al suelo, se expanden horizontalmente y pueden producir ráfagas fuertes durante períodos relativamente breves.
Una torre alta también puede moverse
Que una torre sea rígida no significa que permanezca completamente inmóvil. Toda estructura posee cierta flexibilidad. Frente al viento o un sismo experimenta desplazamientos y vibraciones que dependen de su altura, masa, geometría, rigidez y conexiones.
A esas respuestas se suma el comportamiento de los cables. Los conductores de una línea aérea funcionan mecánicamente como cables tensados. Su forma adopta una curva denominada catenaria y cambia con las cargas, la temperatura y las fuerzas que actúan sobre ellos. En un vano extraordinariamente largo, su movimiento también transmite esfuerzos hacia aisladores y torres.
Por esta razón, el análisis desarrollado para Chacao modeló conjuntamente torres, conductores, cables de guarda y cadenas de aisladores. Los conductores fueron representados mediante elementos capaces de reproducir su comportamiento geométrico no lineal. A medida que se mueven, cambia también la configuración desde la cual responden a la siguiente carga.
Esta es la denominada respuesta dinámica. En términos sencillos, la ingeniería ya no pregunta únicamente cuánto empuja el viento. También necesita conocer cómo la estructura se mueve después de recibir ese empuje y cómo ese movimiento interactúa con el resto del sistema.
Los conductores también forman parte de la estructura
El cruce incorpora conductores especialmente considerados para esta sección. Según información del proyecto, se trata de conductores AACSR, sigla que corresponde a un conductor de aleación de aluminio reforzado con acero. También incorpora dos cables OPGW de alta resistencia mecánica, utilizados como cables de guarda y para comunicaciones mediante fibra óptica.
En un tramo de casi 2,5 kilómetros entre las grandes torres, esos cables representan una carga mecánica considerable.
El viento puede producir oscilaciones, las variaciones térmicas modifican la longitud efectiva y la flecha de los conductores y la tensión mecánica se transmite hacia aisladores y soportes.
De esta forma, el viento actúa principalmente sobre la superficie expuesta de estructuras y cables, mientras que un sismo introduce movimiento desde la base. Chile agrega así otra condición que una torre de esta escala necesita considerar.
¿Qué ocurre si se corta un conductor?
Una línea de transmisión también tiene que analizar situaciones que se espera que sean excepcionales.
Si un conductor se rompe, desaparece súbitamente la tensión que ejercía hacia uno de los lados de la estructura. La torre puede recibir entonces un desequilibrio brusco de fuerzas.
Salinidad y humedad
Existe otra condición menos espectacular que una tormenta o un terremoto y mucho más persistente: el ambiente marítimo.
Cerca del mar, la presencia de humedad y sales transportadas por el aire aumenta la exposición corrosiva de componentes metálicos. El problema actúa lentamente y adquiere importancia porque una línea de transmisión está diseñada para prestar servicio durante décadas.
La corrosión puede afectar estructuras, conexiones, fundaciones y componentes de las líneas. La humedad, composición del medio y conductividad son algunas de las variables que intervienen en los procesos corrosivos y considera la protección, inspección y mantenimiento como parte de la gestión de largo plazo de estas instalaciones.
Los antecedentes de ingeniería del proyecto describen las torres como estructuras metálicas autosoportadas y galvanizadas. El galvanizado incorpora una capa protectora de zinc sobre el acero para reducir su exposición directa al ambiente.
En un cruce marítimo, la durabilidad también depende de la inspección, mantenimiento y seguimiento del estado de sus componentes durante su vida operacional.
Viento, sal y electricidad también se encuentran en los aisladores
La exposición marítima tiene además una dimensión eléctrica. Los aisladores mantienen separados eléctricamente los conductores energizados y la estructura metálica de la torre. Su superficie está expuesta al ambiente y requiere conservar las propiedades necesarias para impedir corrientes indeseadas hacia la estructura.
El modelo estructural del cruce considera cadenas de aisladores de suspensión de 7,27 metros de longitud, integradas a la simulación junto con conductores y torres.
La presencia de contaminación ambiental y humedad forma parte de las condiciones que las líneas eléctricas deben gestionar durante su operación. Ahí vuelven a encontrarse diseño eléctrico, selección de materiales e inspección.
Una torre situada junto al canal, por tanto, enfrenta simultáneamente exigencias mecánicas, eléctricas y ambientales.
Diseño y resistencia que permanece
El objetivo de este tipo de obras consiste en diseñar una estructura capaz de mantener niveles de confiabilidad definidos frente a condiciones que exceden ampliamente la operación cotidiana.
Por eso es especialmente importante en el Canal de Chacao. El cruce forma parte de una infraestructura destinada a entregar una nueva conexión eléctrica hacia Chiloé, donde actualmente existe una dependencia relevante de la línea que atraviesa el canal, donde Transelec identifica precisamente la incorporación de respaldo o redundancia como uno de los objetivos del proyecto.
El diseño necesita observar simultáneamente el comportamiento de grandes estructuras de suspensión, miles de metros de conductores, cables de guarda, aisladores y fundaciones. Después debe someter ese conjunto a viento variable, eventos meteorológicos intensos, ambiente marino, movimientos sísmicos y escenarios extraordinarios como la pérdida súbita de un conductor.
Por eso el Canal de Chacao es una sección distinta dentro de Tineo-Nueva Ancud, donde es necesario desde las primeras etapas del proyecto que las obras respondan conjuntamente a un lugar con condiciones también excepcionales.
Equipo Prensa
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