En Norteamérica hay aproximadamente 150 millones de postes eléctricos de madera en servicio. Su salud estructural se controla mediante inspecciones intrusivas cada 8 a 12 años, según la zona de deterioro. Con sensores inalámbricos modernos, estos postes pueden monitorearse de forma continua para identificar cuáles podrían no resistir la próxima tormenta.

Por qué los postes fallan sin aviso

Un poste de madera pierde resistencia donde la humedad y el oxígeno entran en contacto con la madera, desde unos centímetros por encima del nivel del suelo hasta unos 45 cm (18 pulgadas) por debajo. En este punto frágil del poste, la flexión por viento y por la carga de los conductores es máxima.

Según el umbral del NESC, adoptado en el Boletín RUS 1730B-121, un poste debe reemplazarse cuando su resistencia cae por debajo de dos tercios de la requerida al momento de la instalación, o de tres cuartos bajo condiciones de viento extremo y carga de hielo. Lamentablemente, esto no significa que sea fácil determinar cuándo un poste dado ha alcanzado esa condición.

Las inspecciones a menudo no logran identificar los postes que deben reemplazarse. Un análisis de Osmose sobre más de 83,000 procesos de inspección en 13,000 postes, entre 2021 y 2022, encontró que la inspección visual, el golpeo con martillo y el sondeo con taladro identificaron solo entre el 6 y el 17 por ciento de los postes que la excavación completa terminó rechazando, en especies de albura gruesa como el pino amarillo del sur. La excavación parcial basada en la condición alcanzó entre el 70 y el 75 por ciento.

Inclinación

Un poste de distribución bajo una carga desbalanceada de conductores se inclina un poco desde el día en que se instala, por lo que la inclinación absoluta respecto al día de la instalación no es relevante para la salud y la estabilidad general del poste.

Lo importante es la velocidad a la que el poste se está inclinando, que con frecuencia indica que el poste ya no es suficientemente estable para seguir en operación. En otras palabras, un poste a 1.5 grados de la vertical durante diez años no es un problema, mientras que un poste que pasó de 1.5 a 2.1 grados en los últimos tres meses sí lo es.

Para saber si existe una tendencia negativa, la inclinación general del poste debe separarse de dos señales más grandes. Un poste de madera a pleno sol se flexiona hacia el lado fresco una décima de grado o más a lo largo de un día de verano y regresa durante la noche. El viento agrega una deflexión cuasiestática proporcional al cuadrado de la velocidad de las ráfagas. Son movimientos reversibles que deben eliminarse del cálculo general de la inclinación, ya que no son en sí mismos una señal de inestabilidad.

El inclinómetro de Move Solutions resuelve rotaciones por debajo de un milirradián, unos 0.06 grados, y reporta la temperatura con cada lectura, de modo que la componente térmica pueda modelarse y eliminarse de la señal de inclinación.

Respuesta dinámica

Un poste de distribución de madera de 40 a 45 pies (12 a 14 metros) con conductores instalados tiene una frecuencia fundamental de flexión de entre 1 y 3 Hz aproximadamente, más baja en postes más altos con conductores y crucetas más pesados. Es una ménsula empotrada en el suelo, por lo que esa frecuencia depende de la rigidez del poste y de la del empotramiento, y el deterioro a nivel del suelo reduce ambas.

La frecuencia escala con la raíz cuadrada de la rigidez, por lo que una pérdida del 10 por ciento de rigidez efectiva en la base produce una caída de alrededor del 5 por ciento en la frecuencia fundamental, de 2.0 Hz a 1.9 Hz en un poste típico. Un acelerómetro inalámbrico lo detecta solo con el viento ambiental. Zhao et al., en Electronics (2019), instrumentaron una torre de transmisión de 110 kV con acelerómetros MEMS y encontraron que levantar una pata 5 mm, para simular un asentamiento de la cimentación, desplazó el segundo, tercer y cuarto modo hacia abajo entre 0.47 y 0.75 Hz cada uno.

Un viento de 2 a 5 m/s excita de forma continua los dos primeros modos de un poste. El acelerómetro DECKAXE-SHM muestrea entre 40 y 640 Hz, y el Modal Analysis Tool de MyMove entrega frecuencia, amortiguamiento y forma modal a partir de ese registro ambiental, sin excitación forzada en sitio.

El amortiguamiento se mueve en sentido contrario. Zhang et al. (2022), al ensayar postes de pino amarillo del sur en servicio para una empresa eléctrica estadounidense, encontraron que el poste deteriorado mostraba un amortiguamiento más alto en todos sus modos y un espectro de frecuencias modales comprimido, consistente con una pérdida de rigidez. Una masa agregada (un transformador nuevo, un conductor más pesado) reduce la frecuencia pero deja el amortiguamiento prácticamente sin cambios, por lo que un amortiguamiento en aumento con una frecuencia en descenso apunta a pérdida de sección y no a un cambio de equipamiento.

Leer juntas la inclinación y la frecuencia

Estas tres combinaciones entre inclinación y frecuencia cubren la mayor parte de lo que puede ocurrirle a un poste:

• Inclinación en aumento y frecuencia en descenso es el caso más problemático y conduce a la falla; también es el que la inspección visual pasa por alto con más frecuencia, porque un poste a 2 grados no se ve distinto de uno a 1.5.
• Inclinación en aumento y frecuencia estable significa que algo movió el poste sin debilitarlo, típicamente el levantamiento por congelamiento del suelo, la consolidación del relleno tras zanjas cercanas o un cambio en la tensión de los conductores después de trabajos en tramos adyacentes; merece una visita, pero no constituye una emergencia.
• Inclinación estable y frecuencia en descenso suele indicar deterioro interno antes de que alcance la capa exterior.

Por supuesto, una empresa eléctrica con 500,000 postes no necesita 500,000 sensores. Los sensores se necesitan en los distritos de alto riesgo de incendio, en las crestas y los tramos costeros donde el viento de diseño se supera con más frecuencia, en los postes que una excavación parcial ya marcó como marginales y en los que alimentan hospitales o troncales de comunicaciones.

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