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Postes de Acero GIC: por
un futuro estable y
sostenible.
SUPC Latinoamérica/ Steel Market and Development Institute/ International Zinc Association
¿Por qué debemos de
considerar el cambio?
El acero GIC se está convirtiendo en un material estándar para los postes de distribución y subtransmisión por los beneficios significativos en el ciclo de vida, instalación y mantenimiento.
Emmanuel A. Ramírez G.
(IZA Latinoamérica)
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Abreviaturas:
GIC: Galvanizado por Inmersión en Caliente.
PRFV: Postes Reforzados con Fibra de Vidrio.
Introducción:
Hoy en día en Latinoamérica es muy normal observar postes que sostienen cables de teléfono, internet y energía eléctrica. Éstos deben resistir el peso y movimiento del cableado (y todos los elementos del sistema) cuando los trabajadores o los embates de la naturaleza lo exijan. Actualmente existen varios materiales de los cuales se elaboran estos postes, y entre ellos encontramos:
Madera Concreto Metal (hierro y acero) PRFV (Fibra de Vidrio)
En el mercado latinoamericano predominan el concreto reforzado y la madera.
Los postes de madera se han venido usando durante al menos 150 años para transportar energía y servicios de telefonía. [1] En las últimas décadas otros materiales como el hormigón y el acero han ido ganando terreno frente a la madera.
Los Postes de Madera:
Son ampliamente usados en el sector eléctrico por su bajo costo de suministro y su tiempo de vida luego de ser tratados. [1]
Con el fin de prolongar su tiempo de vida, los postes de madera son tratados químicamente con: [2]
PENTACLOROFENOL: se emplea desde los años 30’s.
Imagen 1: Pictogramas de Peligro “pentaclorofenol” (izq.-der.): Tóxico Agudo Categoría 1, 2, 3 (TO), Cancerígeno Mutágeno (MU), Dañino para el Medio Acuático. [3] ARSENIATO DE COBRE CROMATADO (CCA): se usa además de los postes de distribución en la agricultura.
Imagen 2: Pictogramas de Peligro “CCA” (izq.-der.): Cancerígeno Mutágeno (MU), Toxicidad Aguda Categoría 4 (DA), Peligro al Inhalar (DA). [4]
NAFTENATO DE COBRE (CuN): se usa para tratar los postes de madera e incrementar su vida útil bajo condiciones severas.
Imagen 3: Pictogramas de Peligro “CuN”: Substancias Inflamables (IN). [5]
4,5- dicloro-2-N-Octil-2H-isotiazol-3- ona (DCOI): estandarizado en 1989 por la Asociación Americana de Protección de la Madera (AWPA) como preservante de la madera. [2]
Imagen 4: Pictogramas de Peligro “DCOI” (izq.-der.): Toxicidad Aguda Categoría 4, Peligro al Inhalar (DA), Cancerígeno Mutágeno (MU), Dañino para el Medio Acuático (EN). [6]
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Imagen 9: Los cables al nivel del piso representan un riesgo para los transeúntes además de interrupciones en el servicio y que obviamente conllevan pérdidas económicas Jilotzingo, Estado de México, septiembre 2021. Fuente: Biblioteca IZA Latinoamérica.
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Los Postes de Concreto
reforzado:
Son uno de los materiales más usados en el sector eléctrico por su bajo costo de suministro y su “resistencia”. [1]
La vida útil de las estructuras de concreto armado no solo de la calidad del concreto sino del diseño, detallado, construcción y naturalmente el mantenimiento que se le proporcione. [9]
Existe una preocupación latente debido a la “falta de durabilidad” en los postes de concreto que contienen acero (concreto reforzado) ya que este se fragiliza debido a la corrosión: en el mejor de los casos, se substituye constantemente, elevando los costos. [10]
Imagen 10: Poste de concreto reforzado: Naucalpan, Estado de México. Fuente: Biblioteca AMEGAC.
Imagen 11: Poste de concreto reforzado: Naucalpan, Estado de México. Fuente: Biblioteca AMEGAC.
Imagen 12: Poste de concreto reforzado: Monterrey, Nuevo León. Fuente: Biblioteca AMEGAC.
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Composición del concreto:
El concreto es una mezcla de agregados pétreos unidos con una pasta de cemento y agua. Existen finos; que son arenas naturales o productos de trituración de menos de ¼ de pulgada de diámetro y los gruesos; los de más de ¼ de pulgada de diámetro. [11] La pasta contiene cemento, agua, aire y constituye entre el 25% y el 40% del volumen total del concreto. [21]
Gráfica.1 Proporciones de los materiales usados en el concreto. Izquierda: mezcla rica con agregados pequeños. Derecha: mezcla pobre con agregados grandes. [21]
La vida útil de las estructuras de concreto armado no solo de la calidad del concreto sino del diseño, detallado, construcción y naturalmente el mantenimiento que se le proporcione. [9]
La varilla de refuerzo:
La carbonatación del concreto debido a la penetración de CO2, reduce la alcalinidad del concreto y por ende su capacidad para proteger al acero. Se sabe que para retardar este fenómeno la relación agua/cemento y el recubrimiento de concreto son parámetros clave. [9]
Los Postes de Acero:
Los postes de acero ofrecen una alta confiabilidad, bajos costos de instalación y la necesidad de mantenimiento es muy baja durante el tiempo de vida útil. Los postes de acero son la elección de hoy en día.
Los postes de acero están siendo usados hoy en día por más de 600 empresas a lo largo y ancho de Estados Unidos: en cooperativas rurales,
organizaciones de inversionistas privados y organizaciones municipales. Debido a que son producto de la ingeniería en un medio donde se supervisa y controla su producción, cada poste es consistente con las especificaciones de calidad y resistencia, ofreciendo una variabilidad en su desempeño más baja que la de los postes de madera. Las dimensiones de los postes de acero son consistentes en todas las piezas lo cual facilita su selección. En este sentido, el poste de acero difiere mucho de un poste de madera. Los postes de acero tienen diferencias substanciales con su contraparte: los postes de madera. Los postes de acero son huecos, haciéndolos más livianos que los de madera. El poste Clase 3: aprox. 14m (45ft), pesa aprox. 272 kg (600 lb), lo que lo hace 50-55% más ligero que un poste de madera. La ligereza del poste de acero lo hace menos caro a la hora de transportarlo y más fácil de manipular en el sitio de trabajo. Los postes de acero pueden ser fabricados bajo diferentes especificaciones de tamaño y resistencias. Una sección de un solo eje puede ir desde los 7m hasta los 17m de largo (25-55ft). Estas secciones pueden ser conectadas bajo varias situaciones ya en campo. Esto permite simplificar su almacenamiento y hacer de su transporte una operación rentable. Los postes de acero reducen el riesgo de falla catastrófica por falla del sistema o el “efecto cascada” por el colapso de un solo poste. Los postes de acero son ampliamente usados en lugares muy apartados donde el acceso se vuelve difícil: áreas de climas extremos como fuertes vientos, tormentas de nieve e incendios, o bien, en lugares donde los pájaros carpinteros abundan. Cabe destacar que los postes de acero son seguros en caso de que un vehículo se impacte contra ellos. Mientras que los de madera tienden a astillarse, los postes de acero tienen a curvarse en la zona del impacto, manteniendo las líneas energizadas lejos del vehículo y de las personas a nivel del piso.
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Debido a que están hechos de un material que no se deteriora y que no se ve afectado al cambiar el clima, como los postes de madera que se expanden y se contraen al variar la temperatura y la humedad, los postes de acero cuentan con una resistencia consistente a lo largo de su vida útil. Además, debido a su durabilidad, los trabajadores tienen menos preocupaciones debido a insectos o pájaros carpinteros.
Los postes de acero vienen perforados desde su elaboración, asegurando a la flota de instalación el ahorro de tiempo a la hora de llevar a cabo sus labores.
Con los postes de acero la necesidad de instalar el alambre de cobre, típicamente usado para los postes de madera, es eliminada. Los elementos para el aterrizaje de la línea se encuentran a lo largo del cuerpo del poste. Esto reduce el hurto de material, el tiempo de instalación y el mantenimiento a durante el tiempo que el poste de acero nos presta servicio.
Los postes de acero no representan una preocupación cuando las aves se encuentran merodeando, cosa que no sucede con los postes de madera ya que se deben de tomar ciertas medidas para proteger al poste. Los lineamientos generales y buenas prácticas para proteger y despejar espacios existen y son proporcionados por el Comité de Interacción Aviar con las líneas Eléctricas (Avian Power Line Interaction Committee).
Los postes de acero no son tóxicos. Incluyen entre 75-100% de acero reciclado cuando el poste es manufacturado. No requieren tratamientos de preservación como los postes de madera. No representan problemas a la hora de su disposición y ofrecen una solución a largo plazo para la normativa de emplear materiales reciclados y reciclables. Los postes de acero pueden ser empleados de muchas maneras durante su vida útil. Al final de sus largas vidas son reciclables. [22]
¿Por qué Latinoamérica
necesita cuidar su
infraestructura?: Pero, ¿cuál es el más adecuado para su aplicación y resistencia contra descargas eléctricas? En todo el territorio latinoamericano el uso de postes de distribución y subtransmisión de madera tratada y concreto es un hábito que ha imperado en estos tiempos. Debido a la situación geográfica de Latinoamérica: la susceptibilidad que tiene el territorio a los sismos, vulnerabilidad ante huracanes y la extensión de los litorales (oceáno Atlántico y Pacífico) se vuelve una necesidad proteger al acero de la corrosión para que mantenga sus propiedades por mucho más tiempo sin la necesidad de mantenimientos constantes a corto plazo. ATAQUE DE SUBSTANCIAS AGRESIVAS:
Existen ciertas substancias que si sobrepasan ciertos límites, atacarán al concreto y por ende al acero que se encuentra en la estructura. Estos pueden provenir de las mismas reacciones dentro del concreto (p.ej. proceso de hidratación del concreto: en combinación con otras substancias puede generar fisuras) o bien de agentes externos. Un ejemplo de estas substancias son los sulfatos; presentes de manera natural en el suelo, mantos acuíferos subterráneos y ambientes marinos. [11] Para poder mantener la integridad del acero dentro del concreto se deberá prevenir: la presencia de agrietamientos (ya que humedad y oxígeno penetran con facilidad). Esto se puede solucionar eligiendo un concreto de buena calidad Ni la madera ni el concreto reforzado (sin varilla galvanizada) garantizan conservar la integridad por más de 15 años en territorios con alta corrosividad C5, Cx (ISO 9223).
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Inmediatamente luego de mezclar la solución se sobresatura con Ca(OH)2. Posteriormente se alcanza el equilibrio con otras especies como NaOH, KOH y CaSO 4 -H 2 O. El pH de esta solución fluctúa entre 12 y 14 y está en función del contenido de álcali en el cemento y el grado de hidratación. [27] Sin embargo, una vez que el concreto se fisura y los agentes corrosivos penetran la matriz de concreto y alcanzan al acero, éste comenzará a oxidarse y a crear tensiones dentro de la estructura hasta provocar la falla como se muestra en la figura 3.
¿Qué sucede con la varilla
GIC?
En la varilla galvanizada, los productos de corrosión del Zinc (de mucho menor volumen que los productos de corrosión del hierro), no generan presión en la estructura y se dispersan en la estructura del concreto ocupando los espacios que hayan quedado libres dentro de la matriz del concreto. De esta manera la estructura de concreto armada mantendrá su flexibilidad debido al acero galvanizado por un periodo de tiempo muy largo (hasta más de 100años).*
*Esto depende del tipo de clima y/o condiciones en las que la pieza se desempeñe.
En el caso del Zinc, y por su carácter anfotérico, tenemos que este es termodinámicamente estable en un rango de pH entre 6 y 12.5. Arriba o por debajo de esos valores la velocidad de corrosión se incrementa exponencialmente. A pH’s muy alcalinos el Zinc se disuelve muy rápidamente conllevando la evolución de Hidrógeno. Sin embargo, los productos de corrosión que se forman en la superficie del Zinc favorecen la pasivación del metal. De acuerdo a Bird [28] por debajo de cierta concentración de iones OH- el principal producto de corrosión del Zinc es el Zn(OH)2 y para pH>12.9, será el ion soluble ZnO 2 2-. [27]
Zembura and Burzynska [29] estudiaron la corrosión del Zinc en soluciones sin aire en un rango de pH entre 11.6-13.4 donde la reacción de
control es la difusión de ZnO 2 2-^ y ZnHO+^ que se forman a pH=11. Lieber y Gebauer fueron los primeros en identificar el producto de corrosión Hidroxizincato de Calcio (CaHZn) que pasivaba la superficie en medio alcalino con presencia de calcio, ya sea en solución, pasta de cemento o concreto. [27, 30] Otro mecanismo propuesto por Liebau sugiere lo siguiente: [31]
El producto final fue identificado como Hidroxizincato de Calcio (CaHZn) cuya formación se ve favorecida para pH< 13.2. [32] Además, el ZnO y el ɛ -Zn(OH)2 fueron identificados durante el proceso de corrosión en el medio mencionado anteriormente.
Fig.5 Cristales de CaHZn (Hidroxizincato de Calcio) in una solución saturada de Ca(OH)2, pH=12.6, 160X. [27]
Este producto protege al recubrimiento de manera formidable y por lo tanto la carbonatación del concreto no es un factor que vaya a afectar de manera inmediata al acero de la varilla, conservando así las propiedades del acero y de la estructura por mucho más tiempo. [26]
Zn + 2H2O Zn(OH)2 + H 2Zn(OH)2 + 2H2O + Ca(OH)2 Ca[Zn(OH)3]2· 2H2O
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Gráfica.2 Vida útil en servicio: acero en negro VS acero GIC. [26]
Postes de Acero GIC: la
respuesta para
Latinoamérica. Los postes de acero GIC son amigables con el medio ambiente ya que están elaborados con materiales no peligrosos, con al menos 25% de material reciclado y son 100% reciclables luego de una vida de servicio bastante larga. Algunas empresas estiman aproximadamente 80 años de vida útil antes de ser reemplazar sus postes de distribución. Los postes de acero GIC pueden ser reutilizados al ser removidos siempre y cuando no haya daño en el material. No existe la preocupación de clasificarlos como residuos peligrosos. A los postes de acero GIC se les puede dar un acabado en específico luego de ser fabricados y adaptarlos a algún sistema en específico. Un recubrimiento especial de poliuretano que cubre su base protege de daño a esa sección del poste que se encuentra en el subsuelo. A diferencia de los postes de madera que tienen tamaños variables, los postes de acero GIC son productos de ingeniería,
manufacturados de manera precisa. El peso, el diámetro y los valores de resistencias de los postes de acero son consistentes. No hay manera de especular al elegir el largo de la tornillería. Debido a que los postes de acero GIC son huecos, de menor altura y clase pesan (dependiendo de la clase) entre 204 y 227kg (450-500lb). Esto representa aproximadamente 50% menos que un poste de madera de distribución de una clase similar. En muchos casos, el poste de acero puede ser llevado por los elementos de la cuadrilla al lugar donde será instalado. Las empresas pueden transportar un gran número de postes de acero GIC por tren o camión ya que el embarque es determinado por volumen, no por peso (figura 1-6). Esto quiere decir también que los postes de acero son más fáciles de manipular en campo que los postes de madera. Debido a que los postes de acero GIC están hechos de un material que no se deteriora y no se ve afectado por los cambios de clima, sus valores de resistencia son mucho más consistentes lo que no sucede con sus análogos de madera. La madera se puede expandir y contraer al variar la temperatura y la humedad. Esto no sucede con el acero. Además, el trabajador no debe preocuparse por daños ocasionados por insectos, pájaros carpinteros si emplea los postes de acero GIC. En algunos casos, los postes multi-sección tienen la ventaja de poder mover las secciones por separado cuando el sitio de instalación es de difícil acceso. Esto debido a que el peso de las secciones por separado es menor y por ende el tamaño haciendo su manipulación más fácil. Mientras que el diámetro de los postes de madera varía de poste a poste, el
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Particulares o el Estado:
El gobierno participa muy activamente en el sector eléctrico. Brasil cuenta con participación de capital privado en su mayoría y algunas colaboraciones entre el estado y particulares. En Colombia, el sector es impulsado por capital privado. En Argentina, la generación está a cargo del estado mientras que la distribución de particulares. En Perú, la distribución está a cargo de particulares y el gobierno participa en aproximadamente el 20% de la generación. En Costa Rica es el estado el encargado de regular la industria eléctrica. En Ecuador, la mayor parte del sector es controlado por el estado aunque con algunos proyectos de capital privado. En México el gobierno es el encargado a través de la Comisión Federal de Electricidad con colaboración de algunas privadas en la generación, principalmente en las energías “alternativas”. Chile, por su parte cuenta con el Coordinador Eléctrico Nacional (CEN) que no forma parte de la Administración del Estado y coordina la opreación de las instalaciones del Sistema eléctrico.
Fuente: GALVALTINA.
Es tarea de las asociaciones locales persuadir a las empresas encargadas del sector eléctrico que los postes de acero GIC representan la mejor entre las opciones y lograr así un trabajo sinérgico que beneficie a la economía de los países de Latinoamérica.
El cambio no es una opción, es una necesidad por lo expuesto en este documento. Recordemos que el acero y el zinc son recursos no renovables que hay que usar de manera inteligente para aprovecharlos al máximo por mucho más tiempo.
Latinoamérica necesita
actualizarse y mejorar: GIC el
viejo mejor aliado: Los postes de distribución llevan electricidad y servicios como la telefonía, internet y televisión, entre otros, manteniendo a los clientes comunicados, seguros y productivos. Mantener estos servicios operando en óptimas condiciones es esencial para la vida cotidiana. Los postes de distribución contribuyen a construir un sistema de distribución confiable y económico: un sistema que sea capaz de proveer electricidad y acceso a las comunicaciones cuando sea necesario en el lugar que sea necesario. Los postes de acero GIC reducen el riesgo de una falla catastrófica del sistema, además, del efecto cascada en caso de que uno de los postes del sistema colapse. Los postes de acero GIC se pueden diseñar para distintas alturas y cargas específicas. Aunado a esto, se puede incrementar el tramo de separación entre los postes sin efectos adversos. Los costos de elementos aislantes, herrajes para el montaje y tendido son bajos. Cabe destacar que los postes de acero GIC requieren menos trabajo que los usados convencionalmente (madera y concreto) para la instalación y el mantenimiento. Los postes de acero incrementan la confiabilidad en el sistema de distribución y son, hoy en día, considerados ampliamente como una alternativa viable ante la madera y otros materiales. Esto se corrobora especialmente en locaciones remotas, donde el acceso es difícil y en áreas donde el clima es extremo y la infraestructura se ve expuesta a vientos muy fuertes, tormentas de nieve, fuego, o fauna como los pájaros carpinteros. Tanto investigación del sector como experiencia de los usuarios evidencian que los postes de acero cuestan menos y llevan más energía a mayores distancias. Por ejemplo, Jeff Hohn, gerente de energía de Farmers Electric Cooperative en Clovis, Nuevo México, detectó que usando acero en un sistema de 225 postes ahorró a su compañía
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50’062 dólares (E.U.A). ¿Cómo? Los postes de acero requirieron menos tiempo para su instalación, reduciendo el costo total del proyecto. [34]
El acero es amigable con el medio ambiente:
No tóxicos y 100% reciclables hace a los postes de acero GIC ganadores ante sus competidores (madera y concreto). Otra gran ventaja para optar por los postes de acero son los costos tan elevados que conlleva la disposición de la madera tratada químicamente, proveniente naturalmente, de los postes que se usan normalmente. Cabe mencionar que las substancias que se aplican a los postes representan un problema a la salud y al medio ambiente: puntos para la campaña de los postes de acero GIC. Aún los postes de madera no tratada representan un problema ya que el espacio en basureros y vertederos ya no es suficiente en muchos lugares.
Mientras que para producir un poste se emplea un árbol completo, los desechos de un automóvil, podrían llegar a ser suficientes para producir más de cuatro postes de acero. [34]
Si bien las costumbres y hábitos han impedido al sector eléctrico en latinoamérica voltear a ver hacia los postes de acero GIC o al menos la varilla GIC como refuerzo a los postes de acero, la evidencia de los daños ocasionados a la infraestructura y los postes de madera y concreto nos hacen ver que Japón, Alemania, Reino Unido, Estados Unidos, Australia, Canadá, Suiza utilizan sus recursos de manera inteligente y sostenible desde hace muchísimos años.
La gran mayoría de los postes en estos países se encuentran Galvanizados y no por obligación ni porque exista una norma que lo exija, sino por convencimiento de quienes especifican los materiales. Saben que los recursos que se ahorran, pueden ser destinados a otros sectores que necesitan desarrollarse. En Latinoamérica la chatarrización y desperdicio de acero por la corrosión cuesta y hace que sectores como la investigación, educación, salud, cultura, entre
otros sufran carencias que les impiden prosperar y beneficiar a la población.
Conclusiones: Los postes GIC son la mejor opción debido a: Alta confiabilidad y costos más bajos de instalación. Menos mantenimiento, y por ende, costos bajos por mano de obra. Se puede adaptar y diseñar de acuerdo a las necesidades del cliente. Resistente al fuego, a la putrefacción y plagas.
El GIC no tiene competidores que garanticen hasta 100 años sin mantenimiento.*
Amigable con el medio ambiente: 100% reciclable y sin químicos tóxicos añadidos.
Los costos de vida útil son mejores con acero GIC. *Esto depende del tipo de clima y/o condiciones en las que la pieza se desempeñe.
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[26] Asociación Internacional del Zinc (IZA), Armaduras de Acero Galvanizadas en Caliente: Una Inversión Concreta , Bruselas, 2006.
[27] Yeomans S.R. (Andrade C., Cruz A.), Galvanized Steel Reinforcement in Concrete, pp.111-141, Elsevier, Australia, 2004.
[28] Bird, C.E., Influence of minor constituents in Portland cemento n the bahaviour of Galvanized Steel in Concrete, Corrosion Prevention and Control, 11 , 7, 17-21, 1964.
[29] Zembura Z., Burzynska L., The corrosión of zinc in deaireated 0.1M NaCl in the pH range from 1.6 to 13.3, Corrosion Science, 17 , 879-891, 1979.
[30] Lieber W., Gebauer J., Einbau von Zink in calcium silicahydrate, Zement–kalk-Gips, 4 , 161- 164, 1969.
[31] Liebau F., Amel-Zadeh A., The crystal structure of Ca[Zn 2 (OH) 6 ] 2H 2 O- a retarder in the setting of Portland cement, Kistall und Technik, 7 , 1-3, 221- 227, 1972.
[32] Recio Cortés F. J., Corrosión de aceros inoxidables y galvanizados de alta resistencia, como alternativa a los aceros convencionales de pretensado, Tesis Doctoral, Universidad Autónoma de Madrid, pp. 35, 2010.
[33] Steel Market and Development Institute (SMDI), Postes de Distribución de Acero, Sistemas de Distribución energizados- Prácticas Seguras , Versión en castellano (SMDI-IZA), 2020.
[34] Steel Market and Development Institute (SMDI), Get Current, Steel Distribution Poles (Ponte al Corriente), Versión en castellano (SMDI-IZA), Washington, DC, USA, 2020.
