Unidad 10: Instalación para Exteriores
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Unidad 10: Instalación para Exteriores Desarrollado por: Alberto Escudero Pascual, IT +46 (Iniciandose con el “Radio Mobile”) Traducido por: Américo Sánchez C, CEPES Tabla de contenido 1. Sobre este documento......................................................................................................................... 3 1.1 Información de Propiedad Intelectual............................................................................................. 3 1.2 Grado de Dificultad........................................................................................................................ 3 1.3 Reconocimientos............................................................................................................................ 3 2. Introducción......................................................................................................................................... 3 3. Los estándares.................................................................................................................................... 4 4. Definiciones: Torres y Mástiles............................................................................................................ 4 5. Soportes para antenas ........................................................................................................................ 4 5.1 Montajes sobre el techo (No-penetrantes)..................................................................................... 5 5.2 Montaje de Pared........................................................................................................................... 6 5.3 Montaje de Pared .......................................................................................................................... 6 6. Cajas herméticas................................................................................................................................. 7 7. Suministro de energía......................................................................................................................... 8 8. Consideraciones de montaje............................................................................................................... 9 9. Tipos de torres................................................................................................................................... 10 9.1 Monopolos.................................................................................................................................... 10 9.2 Torres Auto Soportadas............................................................................................................... 11 9.3 Torres venteadas ........................................................................................................................ 13 9.3.1 Espesor de los vientos............................................................................................................ 16 9.3.2 Tensado de los vientos............................................................................................................ 17 10. Fundaciones.................................................................................................................................... 17 11. Como elegir una Torre o Mástil........................................................................................................ 17 12. Carga de la Antena.......................................................................................................................... 18 12.1 Huella de la Torre....................................................................................................................... 19 12.2 Altura de la Torre....................................................................................................................... 19 12.3 Presupuesto............................................................................................................................... 19 12.4 Localización de la Torre ............................................................................................................ 19 13. Seguridad........................................................................................................................................ 20 14. Protección contra rayos y fluctuaciones de tensión eléctrica........................................................... 21 14.1 Fusibles y cortacircuitos............................................................................................................. 21 Pág: 1 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 14.2 Puesta a tierra............................................................................................................................ 21 14.3 Estabilizadores y reguladores de tensión................................................................................... 22 14.4 Protección contra rayos.............................................................................................................. 23 15. Corrosion......................................................................................................................................... 24 15.1 Prevención de la corrosion......................................................................................................... 25 16. Mantenimiento de Torres y Mástiles................................................................................................ 25 17. Conclusiones................................................................................................................................... 26 18. Recursos Adicionales...................................................................................................................... 26 19. Declaración de Derechos de Propiedad Intelectual......................................................................... 27 Pág: 2 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 1. Sobre este documento Este material es parte del paquete de materiales del proyecto TRICALCAR. Para información sobre TRICALCAR consulte el módulo de introducción de estos materiales, o www.wilac.net/tricalcar/. Este material fue traducido del inglés de los materiales desarrollados para el proyecto "Capacity Building for Community Wireless Connectivity in Africa" de APC <http://www.apc.org/wireless/>. El material fue actualizado y adaptado para el contexto de América Latina y el Caribe. 1.1 Información de Propiedad Intelectual Esta unidad temática se ha hecho disponible bajo los términos de la licencia Atribución-No ComercialLicenciamiento Recíproco 3.0 Genérica. Para ver los términos completos de esta licencia:http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.es_MX 1.2 Grado de Dificultad El grado de dificultad de esta unidad es “medio”. 1.3 Reconocimientos La construcción de torres y mástiles requiere años de experiencia. Por tal razón coleccionamos los mejores sitios con recursos online de experimentados contructores de torres. Tres personas merecen reconocimiento especial. Mr. Mark D. Lowell (N1LO), el autor del N1LO Guide Tower Topic Summary. La guía es un resumen de su propia experiencia y los foros de TowerTalk un foro por correo electrónico con miles de experimentados contructores de torres.Fuente: http://www.qsl.net/n1lo Mr. Steve Morris (K7LXC), un instalador profesional de torres, el fundador y moderador de el foro TowerTalk.Fuente: http://www.championradio.com/installs.html Por último, pero no menos importante, Mr Rick Kunze, un contructor experimentado de torres y fundador de ColusaNET Inc. Ël ha recabado un sitio excelente con información de su proyecto de torres autosoportadas de 150 pies.Fuente: http://www.do-it-yourself-tower.com/ El prersente trabajo utiliza parte de estos materiales traducidos por Francisco Torres M. y nuevos aportes de Ermanno Pietrosemoli. 2. Introducción Se deben tener en cuenta muchas consideraciones prácticas cuando instalamos equipamiento electrónico en exteriores. Obviamente, debe protegerse de la lluvia, el viento, el sol y otros elementos dañinos. Debemos proveer energía, y la antena tiene que estar montada a una altura suficiente. Sin la puesta a tierra adecuada, los rayos que puedan caer cerca, las fluctuaciones de tensión eléctrica, y hasta el viento pueden destruir nuestro enlace Pág: 3 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 inalámbrico. Este capítulo le dará una idea de los problemas prácticos a los que va a tener que enfrentarse cuando instale equipamiento inalámbrico en exteriores. Los mástiles y las torres de comunicación de radio son construcciones típicamente altas, diseñadas especialmente para sostener las antenas para la comuncación por radio. Estas incluyen televisión, radio, telefonía móvil y acceso a Internet. Las torres y los mástiles tienen usos numerosos en redes inalámbricas, desde sistemas punto a punto banda ancha, hasta LMR1. Las torres y los mástiles se requieren a menudo para levantar las antenas sobre el nivel de los árboles, y sobre la azoteas para establecer conexiones con línea de vista. Esta unidad es una guía general, orientada a la práctica, para instalar una torre o un mástil de comunicaciones. La guía es aplicable tanto para las torres autosoportadas como las torres venteadas. 3. Los estándares Los estándares estructurales para torres metálicas y estructuras de soporte para antenas (ANSI/TIA 222-F-1996) fueron publicados en marzo 1996 por el TIA (Telecommunications Industry Association). El objetivo del documento TIA 222-F fue el de proveer un conjunto de criterios mínimos para especificar y diseñar torres metálicas de antenas y estructuras para torres de antenas. El documento incluye tópicos como carga del viento, pintura, fundaciones, pernos de presion, y mantenimiento. Cuesta cerca de $100 pero es muy completo. Es muy importante para instalaciones profesionales. El Radio Amateur Handbook publicado por la ARRL (American Radio Relay Guide) tiene informaciones más relevantes para instalaciones no comerciales y consejos prácticos para instaladores sin experiencia previa. 4. Definiciones: Torres y Mástiles En términos de ingeniería, una torre es un estructura autosoportada, mientras que un mástil es soportado por vientos, riendas o tirantes. Los terminos “torres” y “mástil” se utilizan a menudo para el mismo tipo de estructura, lo que por supuesto puede causar confusión. Para evitar esta confusion, y cuando sea necesario hablaremos de torres autosoportadas y torres atirantadas o venteadas 5. Soportes para antenas A menudo no es necesario una torre para soportar una antena, sino que es suficiente un tubo sujeto firmemente a alguna estructura. Se emplean tres tipos de instalaciones: montajes para antenas no- 1. Land Mobile Radio – Inalámbricas para aplicaciones especiales como taxi, policía o servicios de emergencia. Pág: 4 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 penetrantes para el uso en azoteas planas, montaje penetrantes y montaje de pared para el uso en las estructuras existentes tales como chimeneas o los lados del los edificios. 5.1 Montajes sobre el techo (No-penetrantes) Figura 1: Esta base de metal puede cargarse con bolsas de arena, rocas o botellas de agua para lograr una plataforma estable sin penetrar el techo. En los techos planos se pueden utilizar montajes para la antena que no penetren el piso. Consisten de un trípode colocado en una base de metal o de madera. Luego la base se carga con ladrillos, bolsas de arena, bidones de agua o con cualquier otra cosa pesada. Utilizando este montaje eliminamos la necesidad de perforar el techo con tornillos, evitando potenciales goteras. • Se requiere al menos 4 bloques de cemento (para ser utilizado como lastre) o equivalente,dependiendo de la fuerza esperada del viento, tamaño de la antena y altura del soporte. Esta altura no debe exceder de 3 m para soportes no penetrantes. • Una pieza de 90 cm x 90 cm de acolchado de goma se puede poner debajo de la instalación para proporcionar la protección de la azotea. Este tipo de soporte es el que levanta menos objeciones por parte del dueño del inmueble, generalamente reacio a que se perfore el techo. Cuando podemos aprovechar alguna estructura, como chimeneas o las paredes de los edificios, es viable utilizar montajes en la pared o soportes metálicos. Si las antenas se deben colocar a más de Pág: 5 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 cuatro metros sobre el nivel del techo, una torre escalable puede ser la mejor solución para permitir el acceso más sencillo al equipamiento y para prevenir los movimientos de la antena durante fuertes vientos. 5.2 Montaje de Pared • Para aplicaciones donde el techo no es plano o suficientemente fuerte para soportar el peso de el Montaje no-penetrante el Montaje de pared es la solución más efectiva. • Este montaje se pone al lado de un edificio, de una pared o de una chimenea. • La estructura debe ser capaz de sostener el peso del mástil, la antena y las fuerzas inducidas por el viento • Este tipo de montaje requiere perforar cuatro agujeros en la estructura. Se puede utilizar tornillos pasantes, cuando tenemos acceso a ambos lados de la estructura, o prisioneros metálicos (ram plugs) 5.3 Montaje de Pared • Para aplicaciones donde el techo no es plano o suficientemente fuerte para soportar el peso de el Montaje no-penetrante el Montaje de pared es la solución más efectiva. • Este montaje se pone al lado de un edificio, de una pared o de una chimenea. • La estructura debe ser capaz de sostener el peso del mástil, la antena y las fuerzas inducidas por el viento • Este tipo de montaje requiere perforar cuatro agujeros en la estructura. Se puede utilizar tornillos pasantes, cuando tenemos acceso a ambos lados de la estructura, o prisioneros metálicos (ram plugs) Pág: 6 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 Figura 2: Vista lateral de montaje en pared. 6. Cajas herméticas Las cajas herméticas vienen en muchas variedades. Para crear un contenedor hermético para equipamiento a usar en exteriores se puede usar metal o plástico. Por supuesto, el equipo necesita energía para funcionar, y debe ser conectado a una antena y a un cable Ethernet. Cada vez que se perfora un contenedor hermético, se crea un nuevo lugar por el cual puede ingresar el agua. La Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos de USA (NEMA - National Electrical Manufacturers Association) estipula normas para proteger el equipamiento eléctrico de la lluvia, la nieve, el polvo y otros contaminantes. Una caja que cumpla la clasificación NEMA 3, o mejor, es adecuada para el uso en climas benignos. NEMA 3R es algo inferior a la anterior, provee protección contra la lluvia pero no la lluvia empujada por el viento. Una NEMA 4 protege además contra el choro de una manguera. NEMA 4X cumple con lo anterior, pero además es a prueba de corrosión. NEMA 6 provee una excelente protección aun cuando esté expuesta a hielo o agua con una manguera, y admás puede estar completamente sumergida en agua por un tiempo limitado. En el caso de los elementos que perforan el cuerpo de la caja (como los cables y los conectores), NEMA les asigna un índice de protección del ingreso. 1. A continuación se muestra una caja NEMA 4X: Pág: 7 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 Figura 3: Caja NEMA 4 con enrutador inalámbrico instalada a 4765 m de altura. Mérida, Venezuela No es imprescindible adquirir una caja profesional para proteger nuestro equipo. Se puede también reciclar una caja fabricada para otro propósito, o inclusive fabricar una a bajo costo. Lo importante es que se protejan bien los agujeros que se practiquen en ella para pasar los cables. Con este fin se puede utilizar silicon, tanto en la parte interna como en la parte externa del agujero en la caja. En todo caso debemos evitar que el agua chorree dentro de la caja a través del cable. Para ello, se suele dejar el cable un poco más largo, de manera que cuelgue un poco, a fin de que el agua escurra hacia afuera antes de entrar en la caja. 7. Suministro de energía La energía DC puede ser provista simplemente haciendo una perforación en la caja y pasando un cable. Si su caja es suficientemente grande (como por ejemplo una caja eléctrica para exteriores) puede dotarla de un tomacorriente AC como se ilustra en la figura, pero los fabricantes están adoptando una solución muy práctica que elimina la necesidad de una perforación adicional en la caja: Energía través del cable de Ethernet (PoE por su sigla en inglés). El estándar 802.3af define un método para proveer de energía a los dispositivos usando los pares que no se utilizan en un cable Ethernet estándar. En un cable CAT5 se pueden suministrar cerca de 13 vatios de forma segura y sin interferir con la transmisión de datos en el mismo cable. Los nuevos Pág: 8 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 conmutadores Ethernet que soportan 802.3af (denominados end span injectors) entregan energía directamente a los dispositivos conectados. Estos conmutadores pueden proveer energía en los mismos cables que son utilizados para los datos (pares 1-2 y 3-6) o en los no usados (pares 4-5 y 7-8). Una alternativa que no requiere conmutadores especiales es utilizar los llamados inyectores de DC (mid span injectors,) que se colocan entre los conmutadores Ethernet y el dispositivo a alimentar. Estos inyectores proveen energía mediante los pares no utilizados para transmitir datos. Si su enrutador inalámbrico o su CPE incluye soporte para 802.3af, en teoría podría simplemente conectarlo a un inyector. Desafortunadamente, algunos fabricantes (particularmente Cisco) utilizan otra polaridad de energía, y conectar unos equipos no compatibles puede dañar el inyector y el equipamiento al que debíamos alimentar. Lea con cuidado las instrucciones y asegúrese de que su inyector y el equipamiento inalámbrico coincidan en los conectores y la polaridad que debe utilizarse para alimentarlos. Si su equipamiento inalámbrico no soporta alimentación por Ethernet, puede sin embargo aprovechar los pares libres en el cable CAT5 para transportar la energía. Puede utilizar un inyector pasivo PoE comercial, o construir uno usted mismo. Estos dispositivos aplican la corriente continua (DC) a los pares libres en un extremo del cable, mientras que en el otro extremo, los pares se aplican a un conector apropiado al receptáculo del dispositivo a alimentar. El par de dispositivos pasivos PoE se pueden adquirir por menos de $20. Para hacerlo usted mismo, tiene que saber cuánta potencia requiere el dispositivo para funcionar, y además suministrar una corriente y voltaje lo suficientemente grandes para cubrir la pérdida en el cable Ethernet. No debe aplicar demasiada tensión porque la baja resistencia del cable constituye un riesgo de incendio. Puede encontrar un programa que calcula la pérdida de voltaje en un cable CAT5, en el siguiente sitio:http://www.gweep.net/~sfoskett/tech/poecalc.html Una vez que conoce la potencia y la polaridad eléctrica adecuadas para abastecer su equipamiento inalámbrico, aplique el conector al cable CAT5 utilizando solamente los hilos de datos (pares 1-2 y 36). Luego conecte la fuente de alimentación de corriente continua a los pares 4-5 (en general azul / azul-blanco) y 7-8 (marrón / marrónblanco) en un extremo, y al conector tubular de alimentación en el otro. Una guía completa de cómo construir su propio inyector POE desde cero, está en: http://nycwireless.net/poe/ 8. Consideraciones de montaje En muchos casos, el equipamiento está ubicado en un edificio donde hay una ventana con vidrios comunes a través de los cuales pasan los rayos de luz. Los vidrios normales producen poca atenuación, pero los coloreados generan una atenuación inaceptable. El montaje en interiores simplifica mucho los temas de energía y resistencia al agua, pero evidentemente es útil solo en áreas muy pobladas. Cuando colocamos antenas en torres, es muy importante utilizar soportes separadores, Pág: 9 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 y no adosarlas directamente en la torre. Los soportes ayudan en muchas funciones incluyendo separación, alineación y protección de la antena. Los soportes deben ser lo suficientemente fuertes para aguantar el peso de la antena, y también mantenerla en su lugar en los días ventosos. Recuerde que las antenas pueden actuar como pequeñas velas y cuando hay vientos fuertes pueden hacer mucha fuerza sobre sus montajes. Cuando estimamos la resistencia al viento, se debe considerar la superficie total de la antena, así como la distancia desde el centro de la antena al punto en el que está pegada al edificio. Las antenas grandes como los platos o los paneles sectoriales de gran ganancia pueden tener una considerable carga de viento. Si utilizamos una parabólica grillada o en malla, en lugar de un plato sólido, ayudaremos a reducir la carga del viento sin afectar mucho la ganancia de la antena. Asegúrese de que los soportes de montaje y la estructura de soporte en general sean sólidos, de otra forma su antena se va a desalinear con el tiempo (o aun peor, ¡se va a caer toda a torre!). Los soportes deben tener una separación suficiente de la torre para permitir la alineación, pero no tanta que pueda impedir alcanzarla si se necesita mantenimiento o servicio. 9. Tipos de torres Esta sección presenta los tres tipos más comunes de torres que son usados hoy en día en las comunicaciones inalambricas; torres auto-soportadas, monopolos y torres venteadas2. 9.1 Monopolos 1. Los monopolos son postes afilados huecos hechos de acero galvanizado que se construyen de tubos articulados que pueden llegar hasta 60 metros. Debido a su construcción, son costosos de fabricar, pero simples de levantar. Se utilizan sobre todo en ambientes urbanos donde hay espacio limitado disponible para la base de la torre. La huella máxima de un monopolo de 60 m es de unos 2x2 m. Figura 4: Una torre monopolo utilizada para telefonía celular en Lisboa, Portugal 2. Pág: 10 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 9.2 Torres Auto Soportadas Las torres autosoportadas son caras pero algunas veces son necesarias, particularmente cuando se requiere una gran altura. Pueden ser tan simples como un mástil robusto enterrado en una fundación de concreto (Figura 3), o tan complicada como una torre de radio profesional (Figura 4). Una torre autosoportada (torre libre) se construye sin los tirantes de alambre (vientos). Las torres autosoportadas tienen una huella más grande que las monopolos, pero todavía requieren un área mucho más pequeña que las torres venteadas. Debido a su base relativamente pequeña, esta clase de torre son comunes en ciudades u otros lugares donde hay escasez de espacio libre. Las torres autosoportadas se pueden construir con tres o cuatro lados. Están formadas por perfiles angulares formando secciones generalmente fabricadas con hierro galvanizado para resistir la corrosión.Cuanto más ancha es la base de la torre,mayor carga puede tolerar. Figura 5: Una torre autosoportada sencilla. Mérida, Venezuela Pág: 11 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 Figura 6: Una torre mucho más complicada. Campo Imperatore, Italia. Algunas veces se puede utilizar una torre ya existente , aunque se deben evitar las antenas de transmisión AM porque toda la estructura es activa. Las torres de estaciones FM son aceptables si se mantienen por lo menos algunos metros de separación entre las antenas. Tenga en cuenta que si bien las antenas de transmisión adyacentes pueden no interferir con su conexión inalámbrica, una FM de alta potencia puede causar interferencia en el cable Ethernet. Siempre que utilice una torre ocupada por muchas antenas, tenga mucho cuidado con la puesta a tierra y considere la conveniencia de utilizar cable apantallado para los datos. Pág: 12 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 Figura 7: Precauciones a tomar respecto a torres. Isla de Santa Cruz. Ecuador. 9.3 Torres venteadas Una torre venteada a la que se pueda trepar es una excelente elección para muchas instalaciones, pero para estructuras muy altas se necesita una torre autosoportada. Las torres venteadas son mucho más económicas pero ocupan un área considerable ya que los vientos deben estar anclados a una distancia de la base que es por lo menos la tercera parte de la altura. Cuando se dispone de terreno, una torre venteada es ideal para cubrir todas las necesidades de comunicaciones , incluyendo Internet Inalámbrico, celulares y radiodifusión. En el caso de las torres venteadas, colocar una polea en la cima del mástil facilita su instalación. El mástil se asegura a la sección más baja ya colocada, mientras que las dos secciones de la torre se acoplan con una unión articulada. Una cuerda pasada por la polea facilita el levantamiento de la siguiente sección. Luego de que esa sección esté vertical, sujétela a la sección más baja del mástil. El mástil (denominado en inglés gin pole que se muestra en la figura 7) se retira, y si es necesario se puede repetir la operación. Apriete los cables de vientos cuidadosamente, deben tener todos la misma tensión. Elija los puntos de anclaje para que los ángulos, vistos desde el centro de la torre, estén tan equiespaciados como sea posible. Pág: 13 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 Figura 8: Una torre venteada con 2 niveles de vientos fijados en tres puntos cada uno. Puerto Ayora, Isla de Santa Cruz, Ecuador. Pág: 14 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 Figura 9: Hombres trabajando en una torre. Note el uso de arnés que les permite trabajar segura y cómodamente, y la polea sujeta al gin pole en la parte superior. Pág: 15 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 Las torres venteadas se aseguran con vientos que se anclan en un conjunto de bases de concreto sobre la tierra. Una torre venteada consiste de varios tramos idénticos, generalmente de sección triangular (aproximadamente de 3m cada uno) que se apilan uno sobre el otro. A diferencia de los monopolos , las torres venteadas no se van estrechando a medida que se sube, sino que cada sección tiene la misma anchura, ya que son los vientos o tirantes los que proporcionan la estabilidad y la resistencia al viento. Figura 10: Detalle del anclaje de los vientos, llamado “muerto”.Obsérvense los tensores y la manera de sujetar el cable pasándolo varias veces por el grillete o “perro”. 9.3.1 Espesor de los vientos Los vientos o tirantes se deben elegir de acuerdo a la altura de la torre y a la velocidad esperada del viento en la zona. Recuerde que en la parte superior de las colinas, a menudo sitio escogido para colocar torres, la velocidad del viento siempre es mayor, sobre todo cuando están desprovistas de árboles. A continuación se muestra una tabla con la carga de rotura para diferentes cables de acero trenzado de 7 hebras utilizados comúnmente para vientos: Pág: 16 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 Diámetro Diámetro (mm) Carga de rotura (lb) Carga de rotura (kg) 3/8” 9.5 15,400 6985 5/16” 7.9 11,200 5080 1/4” 6.5 6,600 2994 3/16” 4.8 3990 1810 (pulgadas) Tabla 1: Carga de rotura 9.3.2 Tensado de los vientos Es importante que los vientos sean tensados correctamente para que puedan ser efectivos. Para ello se utilizan tensores como el mostrado en la figura 8: Figura 11: tensor para vientos 10. Fundaciones Las fundaciones para las torres deben ser hechas de concreto armado, y el mismo material se empleará también para los “muertos” de anclaje de las torres. Recuerde que el concreto necesita 21 días para alcanzar su resistencia de diseño, y nunca se le debe aplicar carga hasta que hayan pasado al menos 10 días desde su vaciado. Este factor debe tomarse muy en cuenta en el proceso de planificación. 11. Como elegir una Torre o Mástil En general existen cuatro consideraciones mayores cuando se selecciona el tipo de torre a instalar: 1. Carga de la antena 2. Huella de la torres 3. Altura de la torre 4. Presupuesto Pág: 17 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 12. Carga de la Antena El efecto de la antena sobre una torre depende de la estructura de la torre, del peso de la antena y los cables, de la resistencia al viento que ofrece y de la altura a la que está colocada. Los fabricantes generalmente estipulan la resistencia al viento que presentan sus antenas. La carga del viento es proporcional al área de la estructura expuesta y a la distancia de la union a la tierra. Las formas curvadas y las perforadas (las rejillas) ofrecen menos resistencia del viento y por lo tanto se prefieren. Los platos sólidos presentan más resistencia a la fuerza del viento y se deben evitar en ambientes ventosos. La velocidad media del viento del sitio se debe también tomar en la consideración. La velocidad media del viento depende de dónde está ubicado el sitio en la tierra, la altitud y el entorno (rural o ciudad). Figura 12: Antena de rejilla colapsada por el aumento de resistencia al viento causado por la acumulación del hielo. Pico Espejo, Mérida, Venezuela. Pág: 18 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 12.1 Huella de la Torre La huella de la torre es la cantidad de espacio sobre la tierra que es requerido para la instalación. Dependiendo de la eatructura de la torre, esta requiere mayor o menor espacio para la instalación. Para torres venteadas superiores a 30 metros de altura, el anclaje de cada viento necesita típicamente de 10 a 15m desde la base del mástil. Para un mástil con 3 vientos por nivel, eso da lugar a una huella de aproximadamente 90 a 200m2 . 12.2 Altura de la Torre Para torres de hasta 12 m de altura, se puede prescindir de los vientos, siempre que la estructura sea suficientemente robusta. Como mencionamos anteriormente, añadir vientos a una estructura permitirá una mayor altura. 12.3 Presupuesto La regla general es: "cuanto más pequeña es la base de la torre, es más costoso adquirir e instalarla" Los monopolos tienen la huella mas pequeña de todas las torres, y son por lo tanto el tipo más costoso. Es seguido por las torres autosoportadas y después las torres atirantadas que requieren huellas más grandes. Además, dependiendo del tipo de la torre que se elige, ciertas herramientas, maquinaria y hasta grúas son necesarias para montar la torre lo que deben tomarse en cuenta en el presupuesto final. Sin embargo, en zonas rurales el costo del terreno puede ser bajo y en ese caso resulta más económica una torre venteda que una autosoportada. 12.4 Localización de la Torre Cuando se selecciona la localización fisica de la torre, hay una conjunto de cosas que se deben tener en mente. Naturalmente, debe asegurarse de contar con el espacio necesario. Compruebe las especificaciones técnicas de la torre que piensa comprar y tome en cuenta el tamaño de la huella. El sitio ideal para una torre es un sitio plano. El sitio debe estar libre de obstrucciones como árboles y edificios. No solamente el punto para la torre necesita estar claro, también los alrededores, pues usted necesitará un cierto espacio libre cuando está ensamblando la torre. No se olvide de que los árboles tienen raíces. Cavar un agujero a través de un sistema masivo de raíces no es fácil. A menudo existen regulaciones sobre la altura máxima que puede tener una torre. Siempre las hay cuando el sitio es cerca de un aeropuerto. También puede requerirse colocar luces sobre la torre para seguridad de los aviones. Pág: 19 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 13. Seguridad Cuando esté trabajando en las alturas utilice siempre arneses de seguridad amarrados a la torre. Si nunca ha trabajado en una torre, contrate a un profesional que lo haga por usted. En muchos países se requiere entrenamiento especial para estar autorizado a trabajar en torres por encima de cierta altura. Evite trabajar en las torres cuando haya fuertes vientos o tormentas. Cuente siempre con un compañero, y suba sólo cuando haya buena luz. Trabajar en una torre puede llevar más tiempo del que usted piensa y es extremadamente peligroso trabajar en la oscuridad. Tómese todo el tiempo necesario para completar el trabajo antes de que se oculte el sol, si el mismo no le alcanza recuerde que la torre va a estar allí en la mañana, cuando usted pueda retomar el problema después de haber tenido una buena noche de descanso. a) Arnés de pierna b) Arnés más seguro Figura 13: Tipos de Arnés Fuente: Klätter och Högfjäll, http://www.klatterochhogfjall.com (Image 17a) Otras herramientas para escalar que son relevantes: • Elslingas • Mosquetones • Cuerdas Finalmente, usted necesitará ropas apropiadas para la misión incluyendo casco, los zapatos y los guantes (!no se olvide de llevar agua!). Pág: 20 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 14. Protección contra rayos y fluctuaciones de tensión eléctrica La energía es un gran desafío para la mayoría de las instalaciones en el mundo en desarrollo. Donde existen redes eléctricas, a menudo carecen del mantenimiento adecuado, la tensión e fluctúa dramáticamente y son susceptibles a los rayos. Una buena protección contra las fluctuaciones de tensión eléctrica es fundamental no sólo para proteger su equipamiento inalámbrico sino también para todo el equipo que está conectado a él. 14.1 Fusibles y cortacircuitos Los fusibles son básicos pero se descuidan muy a menudo. En áreas rurales, y también en muchas zonas urbanas de los países en desarrollo, se hace difícil encontrar fusibles. A pesar del costo adicional, es preferible usar cortacicuitos (interruptores automáticos termomagnéticos, conocidos en inglés como 'breakers'). Probablemente haya que importarlos, pero vale la pena considerarlos. A menudo los fusibles quemados son reemplazados por monedas para restablecer el contacto. En un caso reciente, se destruyó todo el equipamiento electrónico en una estación de radio rural cuando cayó un rayo y atravesó el cableado, carente de cortacircuito o fusible para protegerlo. 14.2 Puesta a tierra Realizar una instalación de tierra adecuada no tiene por qué ser una tarea complicada. Se persiguen dos objetivos: proveer un cortocircuito a tierra en caso de que caiga un rayo y proveer un circuito para que la energía estática excesiva sea disipada. El primer objetivo es proteger el equipo de la caída directa o casi directa de un rayo, mientras que el segundo provee un camino para disipar el exceso de energía debida a la acumulación de electricidad estática. La estática puede causar una degradación significante de la calidad de la señal, particularmente en receptores sensibles (VSATs por ejemplo). Establecer un cortocircuito a tierra es sencillo. El instalador simplemente debe proveer un camino lo más corto posible desde la superficie conductora más alta (un pararrayos) hasta la tierra. Cuando un rayo impacta el pararrayos, la energía viaja por el camino más corto y por lo tanto va a eludir el equipamiento. Este cable a tierra debe ser capaz de manejar corrientes grandes (se necesita un cable grueso, como un cable de cobre trenzado AWG 8). Para poner a tierra al equipamiento, instale un pararrayos más arriba del equipo a proteger en una torre u otra estructura. Luego utilice un cable conductor grueso para conectar el pararrayos a algo que esté sólidamente conectado a tiera. Los caños o tuberías metálicas subterráneas pueden ser una muy buena tierra (dependiendo de su profundidad, la humedad, salinidad, cantidad de metal y contenido orgánico del suelo). En muchos lugares de África del Oeste los caños no están enterrados, y Pág: 21 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 el equipamiento de tierra anterior a menudo es inadecuado debido a la mala conductividad del suelo (típico de suelos tropicales estacionalmente áridos). Existen dos formas muy sencillas de medir la eficiencia de la puesta a tierra: 1. La menos precisa es conectar un UPS (Unidad de alimentación ininterruptible) de buena calidad o un multienchufe (regleta), que tenga un indicador de tierra (un LED -Diodo Emisor de Luz). Este LED es encendido por la energía que está siendo disipada por el circuito a tierra. Una tierra efectiva disipa pequeñas cantidades de energía a la tierra. Algunas personas utilizan esto para piratear un poco de energía gratuita ¡ya que esta energía no activa el contador de energía eléctrica! 2. Tome un bombillo de pocos vatios (30 W) con su receptáculo, conecte un cable a tierra y el segundo a la fase. Si la tierra está funcionando bien, el bombillo debería encenderese levemente. 3. La forma más sofisticada es medir la impedancia entre la fase y tierra. Si su tierra no es eficiente va a tener que enterrar una jabalina (estaca) a mayor profundidad (donde el suelo es más húmedo, y tiene más materia orgánica y metales) o mejorar la conductividad de la tierra. Un enfoque común en donde hay poco suelo es excavar un pozo de 1 metro de diámetro y 2 metros de profundidad, y colocar en él una pieza de metal conductor que tenga mucha masa. Esto a menudo se denomina plomo pero puede ser cualquier pieza de metal que pese 500 kg o más, tales como un yunque de hierro o una rueda de acero. Luego rellene el agujero con carbón mezclado con sal, y después llénelo hasta el tope con tierra. Humedezca el área, y el carbón y la sal se difundirán generando un zona conductora alrededor del plomo, mejorando de esta forma la eficiencia de la tierra. Si usa cable coaxial entre la antena y el radio también puede aprovecharse para poner a tierra la torre, sin embargo un diseño más confiable usa un cable separado para la puesta a tierra de la torre. Para conectar a tierra el cable coaxial, simplemente pele un poco del revestimiento del cable en el punto más cercano a la tierra antes de que entre en el edificio, conecte un cable de tierra en ese punto, usando un buen conector o soldadura. No olvide impermeabilizar el sitio de la conexión. 14.3 Estabilizadores y reguladores de tensión Hay muchas marcas de estabilizadores de tensión, pero la mayoría son digitales o electromecánicos. Los últimos son mucho más baratos y más comunes, usan el voltaje de 220V, 240V, o 110V de entrada para alimentar un motor que a su vez acciona un generador de corriente alterna (alternador), que produce el voltaje deseado (normalmente 220V). En general son efectivos, pero estas unidades ofrecen poca protección contra los rayos u otros fluctuaciones de tensión. A menudo se queman luego del primer rayo. Una vez quemados, pueden quedar fusionados a un determinado voltaje de salida (usualmente errado). Los reguladores digitales controlan la energía Pág: 22 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 utilizando resistencias u otros componentes de estado sólido. Son más caros, pero mucho menos susceptibles de quemarse. Siempre que le sea posible utilice un regulador digital. Se justifica el costo adicional ya que ofrecen mejor protección para el resto de su equipo. Después de una tormenta eléctrica inspeccione todos los componentes de su sistema de potencia (incluido el estabilizador). 14.4 Protección contra rayos Una instalación situada sobre una azotea o en una torre necesita protección contra rayos. Los rayos son enemigos comunes de las instalaciones inalámbricas, y deberían prevenirse tanto como sea posible. Generalmente existen dos formas en las que los rayos pueden causar daño a su equipo, con descargas directas o indirectas. Descargas directas Las torres de comunicación deberían estar equipadas con pararrayos puestos a tierra correctamente en la base de la torre. Sin embargo, si el rayo cae sobre la torre (o el equipo) será muy poco lo que se pueda salvar. Descargas indirectas Las corrientes de inducción (descargas indirectas) debidas a la caída cercana de rayos, pueden causar daños en los equipos de radio ubicados en exteriores. Eso puede prevenirse usando protectores ante fluctuaciones de corriente para proteger a los equipos vulnerables y seleccionando radios con una alta tensión nominal. Sin embargo, los protectores de fluctuaciones no protegen la antena, sino solamente el radio. El pararrayos debe estar siempre en el punto más alto de la torre o estructura que se desa proteger. El conductor que une el pararrayos con el electrodo de puesta a tierra no debe tener empalmes y debe de ser de cobre y al menos calibre 10 AWG (American Wire Gage) A continuación tenemos una table con las características de los conductores de cobre: Pág: 23 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 El cable de antena puede conducir la descarga de un rayo hacia la instalación interior donde puede causar mucho daño. Por ello es importante proveer una desviación a tierra en caso de descarga en los cables que van desde el exterior al interior. En la figura se muestra los protectores conocidos en inglés como “Lightning Protector” para cable coaxial y para cable UTP. En ambos casos el protector debe estar conectado a tierra mediante un conductor de cobre de calibre 10 AWG. a) Para cable UTP b) Para cable Coaxila Figura 14: Protectores contra rayos. Deben conectarse a tierra para proteger el equipo interior. 15. Corrosion La corrosión es un ataque sobre el material generado por una reacción química con el ambiente. Los materiales afectados por la corrosión no son solamente metales, pueden ser también plásticos. El ambiente que puede causar la corrosión puede ser sustancias del aire (oxígeno), del agua y del producto químico. Para que ocurra la corrosión es necesaria la presencia de dos conductores de distinta composición y un electrolito que pueda conducir la corriente entre ellos. El agua con iones disueltos suele ser el electrolito más efectivo, pero el oxigeno del aire también contribuye. Es por eso que la corrosión es más pronunciada en la cercanía del mar, factor que hay que tener muy en cuenta en la construcción de torres. La primera instalación de fibra óptica en cable de guarda realizada en Venezuela, fue un proyecto llave en mano acometido por una empresa japonesa e instalado en las cercanías del lago de Maracaibo. Al cabo de pocos meses se presentaron numerosas fallas por corrosión en el cable. Los ingenieros en Japón, desconocedores de la geografía venezolana, no tomaron en cuenta que el lago de Maracaibo se abre al mar precisamente en la zona de instalación Pág: 24 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 15.1 Prevención de la corrosion La corrosión implica la deterioración de características útiles en el material y es algo que usted desea evitar a toda costa. Un caso bien conocido de la corrosión es debilitamiento del acero debido a la oxidación de los átomos del hierro. Para minimizar la corrosión electrolítica cuando dos metales diferentes están en contacto en presencia de humedad, sus potenciales electrolíticos deben ser lo más cercano posible. Utilice grasa dieléctrica en la conexión entre dos metales de tipo diferente para prevenir el efecto de electrólisis. El cobre no debe tocar nunca los materiales galvanizados de forma directa sin una protección adecuada de la unión. El agua en contacto con el cobre incorpora iones que atacan la cobertura galvanizada (zinc) de la torre. El acero inoxidable puede usarse como material separador, pero debe tener en cuenta que éste no es un buen conductor. Si se utiliza como separador entre el cobre y los metales galvanizados, la superficie de contacto debe ser grande y la longitud a atravesar corta. Debe utilizarse compuesto protector de juntas para cubrir la conexión, y para que el agua no pueda pasar entre los diferentes metales. La humedad en los conectores es prácticamente la causa de fallos más observada en los radioenlaces. Debe apretar los conectores firmemente, pero nunca utilice una llave inglesa u otra herramienta para hacerlo. Recuerde que los metales se expanden y contraen con los cambios de temperatura, y que un conector demasiado ajustado se puede romper en climas extremos. Una vez ajustados, los conectores se deben proteger aplicando una capa de cinta aisladora, luego una capa de cinta o mastique sellador y luego otra capa de cinta aisladora. El sellador protege el conector de la filtración del agua, y la capa de cinta protege el sellador del daño por los rayos UV. Los cables deben tener un bucle en forma de gota extra para evitar que el agua ingrese dentro del radio. 16. Mantenimiento de Torres y Mástiles Las torres y mástiles deben ser inspeccionadas al menos un par de veces al año. La inspección debe incluir como mínimo lo siguiente: • Asegúrese de que todo el hardware esté apretado. • Asegúrese de que los vientos tengan la tensión apropiada. • Inspeccione las estructuras. Si encuentra corrosión, quite los pedazos dañados. • Planifique el trabajo de renovación de la pintura según las condiciones ambientales prevalentes. Pág: 25 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 17. Conclusiones Para establecer una torre de comunicación se requiere una planificacion en gran detalle, acceso a personal experimentado y buenas herramientas. Sin alguno de estos componentes, la torre no podrá estar levantada por mucho tiempo. Una “base” de buena calidad es esencial para asegurar tiempo de vida de la torre/mástil. Si la base no es hecha con cuidado, pueden ocurrir accidentes fatales lo cual no solo aumenta los costos sino que además esto incluye tragedias personales. Los cinco aspectos más importantes de esta unidad son: 1. Seleccione el tipo de torre de acuerdo con la resistencia al viento producida por la antena, la huella, la altura requerida y el presupuesto económico. 2. Una base de buena calidad es esencial para una torre segura y de soporte de larga duración. 3. El trabajo en las alturas siempre implica peligro. No ahorre cuando se trata de su seguridad. Use buen equipamiento y trabaje seguro. 4. Asegúrese de tener el tiempo que se necesite. El estrés lo hará cometer errores que pueden ser muy costosos. 5. Tenga siempre presente los riesgos de la corrosión y prevéngalos en la medida de lo posible. Planifique inspecciones continuas de la corrosión y otros problemas. 18. Recursos Adicionales The ARRL Handbook for Radio Amateurs American Radio Relay League ISBN 0-8759-174-3 Es la biblia para todo lo que tenga que ver con instalaciones de radio, puesta a tierra, erección de torres, etc. Se publica una nueva edición cada año, pero la información básica es la misma, así que las ediciones viejas siguen siendo valiosas. Hace muchos años se publicaba una versión en español pero no he visto recientes. The ARRL Antenna Book American Radio Relay League 20th Edition, ISBN: 0-87259-904-3 Similar al anterior, pero con más información sobre antenas y torres. Pág: 26 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007 The “Structural Standards for Steel Antenna Towers and Antenna Supporting Structures (ANSI/TIA 222-F-1996)”, provee los criterios básicos para la especificación y el diseño de torres y estructuras de acero “Structural Standards for Installation of Antenna and Antenna Supporting Structures" (TIA/EIA-PN4860 - Gin Poles), más información sobre erección de torres y medidas de seguridad. 19. Declaración de Derechos de Propiedad Intelectual Los materiales desarrollados en el marco del proyecto TRICALCAR utilizan una versión resumida del formato MMTK – Multimedia Training Kit. Han sido desarrollado para ser utilizados y compartidos libremente por instructores/as vinculados a proyectos de nuevas tecnologías para el desarrollo. Todos los materiales están disponibles bajo una de las licencias Creative Commons <http://creativecommons.org/>. Estas licencias han sido desarrolladas con el propósito de promover y facilitar que se compartan materiales, pero reteniendo algunos de los derechos del autor sobre la propiedad intelectual. Debido a que las organizaciones del Proyecto TRICALCAR que usan el formato MMTK para el desarrollo de sus materiales tienen diversas necesidades y trabajan en contextos diferentes, no se ha desarrollado una licencia única que cubra a todos los materiales. Para mayor claridad sobre los términos y condiciones en las que usted puede utilizar y redistribuir cada unidad temática, por favor verifique la declaración de derechos de propiedad intelectual incluida en cada una de ellas. Provisiones de derechos de propiedad intelectual para esta unidad: Esta unidad temática se ha hecho disponible bajo los términos de la licencia Atribución-No Comercial-Licenciamiento Recíproco 3.0 Genérica, bajo los siguientes términos: • Atribución. Reconocer la autoría del material en los términos especificados por el propio autor o licenciante. • No comercial. No puede utilizarse este material para fines comerciales. • Licenciamiento Recíproco. Si altera, transforma o crea un material a partir de este, sólo podrá distribuir el material resultante bajo una licencia igual a ésta. Para ver los términos completos de esta licencia: http://creativecommons.org/licenses/by-ncsa/3.0/deed.es_MX. Pág: 27 TRICALCAR | www.wilac.net/tricalcar - Primera versión. Julio 2007
