En este artículo se presenta la metodología utilizada para establecer la correlación entre la actividad ceráunea y la localización de zonas de riesgo de daño de equipos eléctricos y electrónicos en la ciudad de Bogotá, Colombia, generados por impacto directo o indirecto de rayos. El estudio se hizo dada la carencia de un mapa local de Densidad de Descargas Eléctricas Atmosféricas a Tierra (DDT) en la ciudad; utiliza información histórica como cantidad, costos y localización de pérdidas de equipo eléctrico y electrónico suministrada por empresas aseguradoras, y la medición del nivel ceráuneo de la región en estudio para comprobar la validez de los datos

Avendano Avendano, Carlos Alberto

Ibánez Olaya, Henry Felipe

Ortiz Suárez, Helmuth Edgardo

Universidad Distrital de la ciudad de Bogotá: Open Journal Systems

86 Tecnura  año 8  No.16  primer semestre de 2005Correlación entre la actividad ceráuneay la localización de daño en equiposeléctricos y electrónicos a causa de rayosen Bogotá, ColombiaCorrelation between keraunic activity and location ofdamage in electric and electronic equipmentsbecause of lightning in Bogotá, ColombiaPalabras clave: correlación pérdidas-rayos, densidad de descargas eléctricas atmosféricas a tierra,estadística de daños, localización de pérdidas, nivel ceráuneo.Key words: correlation damage-lightning, density of lightning to earth, statistics of damage, localizationof damage, keraunic level.			G46	 G46		HENRY FELIPE IBÁÑEZ OLAYAIngeniero Electricista de la Universidad Nacional de Colombia. Especialista en Automatizacióny Control de Procesos Industriales de la Universidad de Los Andes y Magíster en IngenieríaEléctrica con énfasis en Alta Tensión de la Universidad Nacional de Colombia. Docente delprograma de Tecnología en Electricidad e Ingeniería en Distribución y Redes Eléctricas de laUniversidad Distrital Francisco José de Caldas. Coinvestigador del Grupo de Investigaciónen Protecciones Eléctricas GIPUD, reconocido por Colciencias.hfibanezo@udistrital.edu.coHELMUTH EDGARDO ORTIZ SUÁREZIngeniero Electricista de la Universidad Nacional de Colombia y candidato a Magísteren Ingeniería Eléctrica, con énfasis en Sistemas de Potencia de la misma Universidad.  Docentedel programa de Tecnología en Electricidad e Ingeniería en Distribución y Redes Eléctricasde la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Coinvestigador del grupode Investigación GIPUD.heortizs@udistrital.edu.coCARLOS ALBERTO AVENDAÑO AVENDAÑOIngeniero Electricista de la Universidad Nacional de Colombia y Especialista en Alta Tensiónde la misma Universidad. Docente del programa de Tecnología en Electricidad e Ingenieríaen Distribución y Redes Eléctricas de la Universidad Distrital "Francisco José de Caldas".Director del grupo de Investigación GIPUD, reconocido por Colciencias.caavendanoa@udistrital.edu.co87Correlación entre la actividad ceráunea y la localización de daño en equipos eléctricosy electrónicos a causa de rayos en Bogotá, ColombiaHENRY FELIPE IBÁÑEZ OLAYA / HELMUTH EDGARDO ORTIZ SUÁREZ / CARLOS ALBERTO AVENDAÑO AVENDAÑO1. IntroducciónLos rayos son la causa más significativa deperturbaciones en los sistemas de transmisión ydistribución de energía eléctrica y la mayor causade pago de las aseguradoras por daño de equipoeléctrico y electrónico en el mundo.Por ejemplo en Alemania, entre 1992 y 1997, el26% de las pólizas pagadas correspondieron a da-ños causados por sobretensiones de origenatmosférico (Eunice y Casasbuenas, 2003: 3). EnColombia, en el periodo 1993-1994 las compañíasaseguradoras reportaron un incremento del 30% enel pago de primas por siniestralidad en equipo eléc-trico y electrónico, que alcanzó un monto de $16.000millones (US $16 millones) en 1994 (Olaya, Santa-na y García, 1996).Como país ubicado en la zona de confluenciaintertropical, Colombia presenta una elevada actividadde rayos en comparación con países situados sobrelos trópicos (Williams et al, 1996). En Bogotá y susalrededores se concentra el 70% de la industria y el20% de la población, razón por la cual es necesariotener un mapa local de Densidad de DescargasEléctricas Atmosféricas a Tierra (DDT), que sirvapara realizar el diseño de los sistemas de proteccióncontra rayos; los mapas locales no existen, aunque síse cuenta con mapas globales de DDT para el país,con los cuales no sería apropiado realizar un diseñoparticular de protección contra rayos. En el país, lainformación de DDT para un lugar específico sepuede conseguir con Interconexión Eléctrica S.A.(ISA) pero a un costo elevado1.Con las restricciones antes mencionadas sedesarrolló un trabajo intitulado Estadísticas de dañode equipo eléctrico y electrónico a causa de rayosen Bogotá2, con el cual se pretendió realizar unprimer acercamiento al fenómeno del rayo en laciudad, determinando las zonas en los cuales sepresenta la mayor cantidad de pérdidas de equipoeléctrico y electrónico por rayos, y el impactoeconómico generado por este fenómeno. Paraconfrontar la información obtenida, ésta se comparóR E S U M E NEn este artículo se presenta la metodología utilizadapara establecer la correlación entre la actividadceráunea y la localización de zonas de riesgo de dañode equipo eléctrico y electrónico en la ciudad deBogotá, Colombia, generados por impacto directo oindirecto de rayos. El estudio se hizo dada la carenciade un mapa local de Densidad de DescargasEléctricas Atmosféricas a Tierra (DDT) en la ciudad;utiliza información histórica como cantidad, costos ylocalización de pérdidas de equipo eléctrico yelectrónico suministrada por empresas aseguradoras,y la medición del nivel ceráuneo de la región en estudiopara comprobar la validez de los datos.A B S T R A C TIn this paper the used methodology appears toestablish the correlation between keraunic activityand the location of zones of risk of damage ofelectrical and electronic equipment in the city ofBogota, Colombia, generated by direct hit or indirectof lightning. The study is made given the deficiencyof a local map of density of atmospheric electricalunloadings to ground in the city; it uses historicalinformation like amount, costs and location of lossesof electrical equipment and electronic provided byinsuring companies, and the measurement of thekeraunic level of the region in study to verify thevalidity the data.******	 			  !	"#"$	!	#		#			#	%			#	%&'$		#			#(()& )     		   				"*	(G46	+",-./*(0$12$#&88 Tecnura  año 8  No.16  primer semestre de 2005con los valores históricos promedio del nivelceráuneo para la ciudad de BogotáD.C.2. Recolección de informaciónLa recolección de la información acerca decantidad y costo de las pérdidas de equipo que hansido cubiertas por pólizas de aseguramiento contradaños a causa de rayos se efectuaron a partir dedatos suministrados por las compañías que ofreceneste servicio en Bogotá D.C..De las 25 aseguradoras más representativas deBogotá D.C., agremiadas en la Federación deAseguradores Colombianos, FASECOLDA, 11ofrecen pólizas contra daño de equipo eléctrico yelectrónico por rayos: Agrícola de Seguros, ABNAmro Seguros, Central de Seguros, Colseguros,Chubb de Colombia, La Previsora S.A., Solidariade Colombia, Suramericana de Seguros, SegurosBolívar, Mapfre Seguros y Liberty Seguros.Puede afirmarse que ninguna de las aseguradorascuenta con información detallada de las pérdidaspor rayo, puesto que para una compañía pagar a unajustador3 que defina el suceso del siniestro me-diante un informe técnico, es una inversiónrelativamente alta; por esto, la decisión de la mayorparte de las aseguradoras es pagar la totalidad delos equipos eléctricos o electrónicos dañados porrayos sin objeción alguna. Algunas de las asegura-doras visitadas contratan ajustadores sólo cuandoel siniestro es de grandes proporciones.Para el presente estudio se utilizaron datos de 400siniestros por impacto directo e indirecto de rayosen Bogotá, en los cuales se vieron afectados 726equipos eléctricos o electrónicos. Esta clase desiniestro representa el 19,3% del total (robo, incendio,terremoto, terrorismo, etc.); los datos analizadoscorresponden a un periodo de nueve años,comprendidos entre 1994 y 2002.Para el análisis estadístico de la informaciónsuministrada por las aseguradoras se empleó ladistribución T de Student, con un nivel de confianzadel 90%.3. Análisis de informaciónLa información suministrada por las 11 aseguradorasse analizó considerando las siguientes variables: a)costo de pérdidas; b) cantidad de pérdidas; c)localización de pérdidas; d) tipo de equipo afectado.Las dos primeras se correlacionaron con el nivelceráuneo promedio mensual y con la variacióntemporal multianual del nivel ceráuneo para la ciudadde Bogotá D.C.3.1 Nivel ceráuneoEl nivel ceráuneo4 promedio mensual obtenido delos valores históricos registrados entre 1974 y 1990en Bogotá D.C. (Torres, 2002), se presenta en lafigura 1.Figura 1.  Nivel ceráuneo promedio mensual para BogotáD.C., período 1974-1990En la figura puede observarse que los periodos mástormentosos Bogotá D.C se presentan en dos tri-mestres: marzo-abril-mayo y septiembre-octubre-no-viembre; por lo general, meses de época lluviosa.El nivel ceráuneo es un parámetro meteorológicocon variaciones cíclicas temporales, como se pre-senta en la figura 2. Sin embargo, aunque los valo-res promedio multianuales varían con el tiempo, su34~~	#!		&56	2		#	7##	,	~~#			0		#	  # ,	#	 	 80 % 	 	 !	&89Correlación entre la actividad ceráunea y la localización de daño en equipos eléctricosy electrónicos a causa de rayos en Bogotá, ColombiaHENRY FELIPE IBÁÑEZ OLAYA / HELMUTH EDGARDO ORTIZ SUÁREZ / CARLOS ALBERTO AVENDAÑO AVENDAÑOdistribución en los diferentes meses del año tieneuna tendencia similar a la mostrada en la figura 1,es decir, siempre se presentará la mayor actividadatmosférica en los trimestres ya mencionados.Se considera costo de pérdida el valor de lareposición del equipo o equipos afectados, sin incluirotros costos como los causados por paros en elproceso productivo. Al comparar el costo promediomensual por pago de pérdidas con el nivel ceráuneomensual, se observa que el mayor pago por pérdidasse efectúa en los trimestres de tormentamencionados.El comportamiento del costo promedio en los dife-rentes meses del año presenta una tendencia similaral que muestra el nivel ceráuneo, encontrándoseque el mes en que se realiza el mayor pago porpérdidas es octubre, mes que también ostenta elmayor nivel ceráuneo, y al observar solo el primertrimestre de tormentas, en abril es cuando se pre-senta el mayor pago por pérdidas y el mayor nivelceráuneo.3.3 Cantidad de siniestrosLa figura 4 muestra la correlación entre el númeropromedio mensual de los siniestros pagados enel periodo 1994-2002 (columnas a la izquierda) y elnivel ceráuneo mensual (columnas a la derecha).Figura 2.  Variación temporal multianual del nivel ceráuneopara Bogotá D.C., periodo 1970 1997Fuente: Torres, H. (2002) El rayo, mitos, leyendas, ciencia ytecnología, p. 131.3.2 Costo de pérdidasLa figura 3 muestra la correlación entre el costopromedio mensual de las pérdidas pagadas por lasempresas aseguradoras en el periodo 1994-2002(columnas a la izquierda) y el nivel ceráuneomensual (columnas a la derecha). El costo se pre-senta en miles de dólares en valor presente.Fuente: cálculo de los autoresFigura 3. Correlación entre costo promedio mensual porpago de pérdidas y nivel ceráuneoFuente: cálculo de los autoresFigura 4. Correlación entre número de siniestros y nivelceráuneoAl comparar el número promedio mensual de si-niestros con el nivel ceráuneo mensual, se observaque la mayor cantidad de pérdidas ocurre en lostrimestres de tormenta, mostrando la misma ten-dencia en el tiempo.90 Tecnura  año 8  No.16  primer semestre de 2005En la figura 5 se observa que en el periodo 1994-1997 se presenta una disminución del nivel ceráuneomultianual para la ciudad de Bogotá en relación conlo presentado en la figura 2; así, se pasa de un valorde 68 días tormentosos en 1994 a 52 días en 1997;igual comportamiento describe el número de pólizasde aseguramiento pagadas en ese mismo período.nivel del mar. El límite oriental de la ciudad lo con-forman cerros que la recorren de norte a sur, conalturas promedio de 3.100 m; el área restante pre-senta una topografía plana con excepción del cerrode Suba ubicado en el noroeste de la ciudad.Para la construcción del mapa del nivel de riesgode pérdidas de equipo eléctrico y electrónico deBogotá D.C., se ubicaron todos los casos identifi-cados en un mapa geográfico de la ciudad, el cualse dividió en zonas de 1.500 m2; en cada zona setotalizaron los siniestros, obteniéndose el mapa quemuestra la figura 66. De acuerdo con el número desiniestros en el mapa de localización, se definen cincozonas de riesgo, así:(	 			 #  !	 	#9	 	 	7#  " 	  % 39	 	 	7#  " 	  % 9	 	 	7#  " 	 : % ;9	 	 	7#  " 	  % 9	 	   	  	 " 	  	 	 	#	El mapa permite observar que las zonas con mayorriesgo de daño de equipo eléctrico y electrónico acausa de rayos están ubicadas al oriente de laciudad, cerca de los cerros orientales.Las zonas con riesgo muy alto de pérdidas seencuentran entre las calles 68 y 92; las zonas conriesgo alto se encuentran entre las calles 6ta y 68 yFigura 5. Comportamiento del número de siniestrosy el nivel ceráuneo multianual para el período 1994 -1997en Bogotá5 D.C.Puede concluirse que la correlación de los valoresmensuales promedio de siniestros y el nivel ceráuneopromedio existe, dado que el comportamiento delas dos variables mostradas en la figura 5 presentala misma tendencia. Asimismo, puede afirmarse queel costo promedio mensual por pago de pérdidas yel número promedio mensual de pérdidas presentanuna alta correlación con el nivel ceráuneo mensual,lo cual permite determinar las zonas con mayoractividad ceráunea de Bogotá D.C. a partir de laspérdidas reportadas.3.4 Localización de pérdidasLa ciudad de Bogotá está situada sobre un altipla-no de la cordillera de Los Andes a 2.600 m sobre el<		#	;; 	2		8=	#	#	  	 	  .	  '$>%6#	.(6>		  #	&  ?    	  2	 @ A A@@@&#&&$53#%;;B&Tabla 1. Clasificación de zonas de riesgo de pérdidas deequipo eléctrico y electrónico en BogotáFuente: propuesta de los autores:4	#		2	@ AA@@@&&&A#	AAA	CA#C	&91Correlación entre la actividad ceráunea y la localización de daño en equipos eléctricosy electrónicos a causa de rayos en Bogotá, ColombiaHENRY FELIPE IBÁÑEZ OLAYA / HELMUTH EDGARDO ORTIZ SUÁREZ / CARLOS ALBERTO AVENDAÑO AVENDAÑOFigura 6. Mapa de riesgo de pérdidas de equipo eléctrico y electrónico en Bogotá92 Tecnura  año 8  No.16  primer semestre de 2005entre las calles 92 y 127, todas cercanas a los cerrosorientales. Las zonas con riesgo medio de pérdidas seubican en la parte central de la ciudad y las zonas deriesgo bajo en el resto de la ciudad. No se dispone deinformación de la zona sur de la ciudad.De esta manera, las correlaciones realizadas entrecosto de pérdidas, número de pérdidas y nivelceráuneo y observando el mapa de nivel de riesgopermiten afirmar que, aunque toda la ciudad tieneel mismo nivel ceráuneo (alrededor de 110 díastormentosos al año), la DDT no es igualmenteuniforme. La mayor DDT se presenta en la zonaoriental de la ciudad, cerca de los cerros, en especialentre las calles 68 y 92; una baja DDT se presentaal occidente y al norte de la ciudad; no pudieronhacerse afirmaciones sobre la parte sur de la ciudadpor falta de información.3.5 Tipo de equipo afectadoLa totalidad de equipos afectados se agrupó encuatro clases: equipos de comunicaciones, decómputo, electrónicos y eléctricos. Después sedeterminó la participación de cada uno de ellos enel total de equipos afectados (véase figura 7).de pérdida muy alto y alto es conveniente protegeresta clase de equipos de las sobretensiones causa-das por rayos.4. Conclusiones Existe una alta correlación entre la actividadceráunea y la siniestralidad de equipos eléctricosy electrónicos a causa de impactos directos eindirectos de rayos. La misma correlación podráser aplicada en regiones en las cuales no secuenta con un mapa de DDT, para determinarlas zonas más vulnerables. De acuerdo con las correlaciones efectuadasentre costo de pérdidas, número de pérdidas ynivel ceráuneo y observar el mapa de riesgo depérdidas, puede afirmarse que aunque toda laciudad tiene el mismo nivel ceráuneo, la DDTno es igualmente uniforme; la mayor se presentaen la zona oriental de la ciudad, cerca de loscerros, la menor al occidente y norte de laciudad. Por tanto, no es correcto predecir laDDT de un lugar específico a partir del nivelceráuneo general, como se plantea en lasdiferentes ecuaciones que se emplean a nivelnacional e internacional (Anderson, Ericsson,1980, p. 65-102; CIGRE, 1991). La ausencia de un mapa local de DDT o unode nivel de riesgo, hace imposible que lasaseguradoras discriminen los costos de laspólizas de aseguramiento contra rayos deacuerdo con la zona de la ciudad. Esto podríasolucionarse utilizando la metodología planteadaen este estudio, esto es, creando un mapa deriesgo. En los meses con mayor actividad de tormentasse presenta también la mayor cantidad y costospor pérdidas reconocidas por las aseguradoras. La mayor cantidad de equipos afectados porrayos pertenece al grupo de cómputo; elresultado señala su alta vulnerabilidad, que estánincorrectamente protegidos o incluso no cuentancon ninguna protección.Figura 7. Caracterización de los equipos afectados por rayoEn la figura 7 se observa que la mayor proporciónde equipos afectados son los de cómputo (55%);este resultado significa que en las zonas con riesgo93Correlación entre la actividad ceráunea y la localización de daño en equipos eléctricosy electrónicos a causa de rayos en Bogotá, ColombiaHENRY FELIPE IBÁÑEZ OLAYA / HELMUTH EDGARDO ORTIZ SUÁREZ / CARLOS ALBERTO AVENDAÑO AVENDAÑO Aunque existe variación temporal del nivel ce-ráuneo, la correlación existente entre éste y lacantidad de siniestros atribuida a rayos se man-tiene, lo cual permite estimar las zonas conmayor o menor riesgo de la ciudad.A G R A D E C I M I E N T O SLos autores agradecen la colaboración de las empresas asegura-doras que facilitaron la información para la realización del pre-sente estudio: Agrícola de Seguros, ABN Amro Seguros, Cen-tral de Seguros, Colseguros, Chubb de Colombia, La PrevisoraS.A., Solidaria de Colombia, Suramericana, Seguros Bolívar,Mapfre Seguros y Liberty Seguros.Referencias bibliográficas[1] ANDERSON, R. B., ERIKSSON, A. J. Lightning pa-rameters for engineering application. Electra 69.[2] CIGRE (1991) Document 63. Guide to procedures forestimating the lightning performance of transmissionlines. [3] OLAYA, J. C., SANTANA, W.  y GARCÍA, J. (1996)Red colombiana de localizadores y medición de des-cargas eléctricas atmosféricas - RECMA, Universi-dad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.[4] RAMÍREZ, E. y CASASBUENAS, P. (2003) Esta-dística de daño de equipos eléctricos y electrónicos acausa de rayos en Bogotá. Trabajo de grado, Universi-dad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá D.C.[5] TORRES, H. (2002) El rayo, mitos, leyendas, cienciay tecnología, Bogotá: Editorial Universidad Nacionalde Colombia.[6] WILLIAMS, E. et al (1996). Latitude dependence ofground flash density in the tropics and subtropics,AMER.Geo. Meeting, San Francisco.

Correlación entre la actividad ceráunea y la localización de daño en equipos eléctricos y electrónicos a causa de rayos en Bogotá, Colombia

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