Ante las dificultades para lidiar con la carga estática y el arco eléctrico, que pueden generar incendios en los tanques de almacenamiento de crudo, se desarrolló un dispositivo que ofrece una conexión directa desde la pared del tanque hasta el techo. De esta manera se logra la menor impedancia posible entre estos, con mínimo mantenimiento.

Los ingenieros de la industria petrolera deben estar al tanto del riesgo de la carga estática y el arco eléctrico secundario para las instalaciones petroleras, pues los efectos secundarios de los rayos pueden ser muchas veces más perjudiciales que la descarga directa de los rayos. La carga estática tiene lugar cuando una nube de tormenta induce una carga eléctrica sobre todo lo que está bajo su influencia, incluidos los recipientes metálicos y los productos inflamables contenidos, por ejemplo, en instalaciones de tanques con techo flotante.


El arco secundario, que resulta en fuego en la periferia interna del tanque de techo flotante o en explosiones, tiene lugar cuando el diferencial de carga eléctrica entre la pared de un tanque y su techo flotante aumenta al punto que la carga puede formar un arco eléctrico y saltar el pequeño espacio entre ambas estructuras, antes que el potencial eléctrico entre el techo y la pared del tanque pueda ser igualado. La caída de un rayo en la cercanía o incluso el llenado o vaciado rápidos de un tanque pueden causar esa descarga. Las Prácticas Recomendadas RP2003 del Instituto Americano del Petróleo (API) brindan más detalles acerca del fenómeno de la carga estática y el arco eléctrico secundario.

Los conductores de derivación son inadecuados
Muchos tanques grandes para crudo y sus derivados son abiertos cuando no disponen de techo fijo. Debido a que el techo flota sobre el producto, para evitar que los vapores del producto escapen alrededor del borde del techo flotante generalmente se usa material sellante no conductor, como el neopreno. Sin embargo, el material sellante aísla eléctricamente el techo de la pared del tanque y de cualquier conexión a tierra, lo que presenta el riesgo de incendio en la periferia interna del tanque y otros riesgos de fuego por el fenómeno de la carga estática inducida y el arco secundario.

Para resolver este problema, la industria generalmente instala conductores de derivación, que son dispositivos metálicos conectados al techo, de manera que estén en contacto permanente con la pared del tanque, sin importar la posición del techo flotante. Para establecer ese contacto, los derivadores, por lo general, se hacen con "dedos" metálicos, diseñados para hacer contacto directo con la pared interna del tanque. La resistencia al contacto depende de las características del material usado, la presión de contacto y el estado físico de la pared del tanque.

La experiencia muestra que los conductores de derivación requieren mantenimiento constante porque:

- La parafina y otros componentes pesados del crudo tienden a depositarse entre la pared interna del tanque y los "dedos" del conductor, formando un aislamiento entre ellos.

- Debido a que el techo flota, puede fácilmente desviarse del centro y desconectarse en el lado opuesto, o tener falso contacto.

- La distancia entre el techo y la pared interna del tanque es tan pequeña que un arco eléctrico puede saltarla fácilmente e inflamar los vapores siempre presentes cuando hay una carga en el producto. Esto a menudo se denomina "fuego en la periferia interna del tanque"; sin embargo, si el sello no se mantiene debidamente, resulta en un incendio.

A la larga, si los conductores de derivación no están en contacto perfecto con la pared del tanque, la carga inducida permitirá que se forme el arco eléctrico entre ellos y la pared del tanque, cuando una tormenta descarga rayos en la proximidad de las instalaciones. Esto puede resultar en catastróficos incendios, como el ocurrido hace poco en Nigeria.

Algunas compañías han tratado de usar cables largos que se extienden desde el tope de la pared del tanque hasta el centro del techo flotante, para conectar a tierra los conductores de derivación. Peor aún, extienden el cable hasta un borde del techo. La impedancia del cable es demasiado alta como para descargar una carga inducida en el microsegundo necesario antes de que se forme el arco eléctrico secundario. La impedancia inductiva promedio de esas conexiones puede pasar de 500 ohms en frecuencias de rayos. Lo adecuado es formar una conexión efectiva continua entre el techo flotante y la pared del tanque, con una impedancia suficientemente baja como para eliminar el riesgo de la carga estática. Sin embargo, hay algunos problemas al tratar de efectuar esa conexión.

Dificultades de la conexión a tierra
A menudo, los conductores comunes de derivación de acero inoxidable, de 5 a 10 cm de ancho, no tocan realmente la pared, y otros sólo aparentan hacer conexión. Con frecuencia, la herrumbre actúa también como aislante. Cuando en esas condiciones se efectúan mediciones de la resistencia del contacto, el resultado es alta resistencia o ausencia de contacto.

Otros conectores, de hecho, pueden tocar la pared, pero apenas y a través de una acumulación de hidrocarburos pesados en la pared del tanque. Esto reduce la efectividad de la conexión a tierra de los conectores de derivación, a tal punto que cuando se efectúa una medición, muchos muestran falta de conexión o alta resistencia.

Una nueva tendencia en la industria es pintar el interior de los tanques con un polímero no conductor. Más aún, para evitar raspar esa pintura, a menudo se desconectan los conductores de derivación y luego se pintan. Esto hace que las conexiones de los conductores que podrían ser satisfactorias se tornen completamente inefectivas, ya que la pintura es un aislante de resistencia suficientemente alta como para provocar la acumulación de voltaje y la formación subsecuente del arco secundario.

Por otro lado, a menudo se supone que las rampas de acceso que conectan el tope de la pared del tanque con el techo satisfacen los requerimientos de conexión a tierra, pero la herrumbre y la pintura aíslan las uniones críticas. Por otra parte, la conexión del cable del tope del tanque a la rampa es generalmente larga y floja y tiene resistencia de unos 500 ohms o más para formar carga estática.

Alternativa práctica: el tanque mismo conecta a tierra
Es ampliamente sabido y fácil de comprobar que cualquier tanque de almacenamiento grande tiene la posibilidad de hacer una buena conexión de baja impedancia a tierra, sin la adición de electrodos externos para conectarse a tierra. El solo peso del tanque, con o sin producto, facilita la conexión a tierra con una baja impedancia. La adición de electrodos a tierra no tiene una influencia detectable en la medición de la resistencia a tierra del tanque, a menos que este descanse sobre una membrana continua de caucho u otro material aislante.

Realmente, la resistencia o impedancia a tierra no es el problema. El problema es la carga estática inducida en el tanque y en su contenido, producto de del campo electrostático de la celda de tormenta, o creada por el flujo rápido del producto hacia el tanque. Esa carga debe retirarse rápidamente a fin de no causar un incendio. Repetimos que es la mala conductividad entre el producto y la pared metálica del tanque lo que inhibe peligrosamente el proceso de la descarga eléctrica del producto.

Sin embargo, la carga eléctrica del producto, cercana al centro del tanque, permanece por mucho más tiempo concentrándose en el centro. El techo flotante del tanque ofrece un colector/conductor ideal, si hay una conexión a la pared del tanque y a tierra. Por lo tanto, el techo ofrece una trayectoria crítica para la carga inducida hacia el centro del producto aislado de ese tanque. Obviamente, cuanto más grande sea el tanque, más crítica es esa función. Una vez recolectada, la carga es conducida al borde el techo. Si no hay una trayectoria de baja impedancia entre el techo y la pared, se forma el arco eléctrico que produce un incendio. Si los sellos son herméticos, el fuego podría no propagarse. Sin embargo, el riesgo de un incendio es estadísticamente alto.

El conjunto retráctil para hacer tierra (RGA)
El único problema para conectarse a tierra en estos tanques de almacenamiento es lograr una buena conexión entre la pared del tanque y el techo flotante. Se necesita alguna forma de conexión que los una en forma efectiva, sin importar la posición del techo o cualquier anomalía relacionada con el sello.

Para satisfacer este requerimiento, la empresa Lightning Eliminators & Consultants, Inc., de Boulder, Colorado, ha desarrollado el conjunto retráctil para conexión a tierra (RGA), dispositivo que ofrece una conexión directa hasta el techo desde la pared del tanque, mediante una banda o cinta ancha de cable trenzado, enrollada en un fuerte carrete de acero inoxidable, que se mantiene tensada por la acción de un resorte.

La impedancia se mantiene a un mínimo práctico gracias a la combinación de la trayectoria más corta, banda ancha y tensión constante. La banda ancha, que viene también de cobre recubierto de níquel, para ambientes corrosivos, reduce el efecto o flujo pelicular (superficial) a las frecuencias de rayo y facilita un enrollado uniforme en el carrete.

El objetivo de diseño del dispositivo RGA fue lograr la menor impedancia posible entre el techo y la pared del tanque, con mantenimiento mínimo. Es 100% efectivo, prácticamente no requiere mantenimiento y funciona sin importar la condición de la pared del tanque o de cualquier conductor de derivación. De hecho, el dispositivo RGA funciona tan bien que elimina la necesidad de otros conductores.

El conjunto del carrete es de acero inoxidable 316, y tiene accesorios para montarse en el borde superior del tanque. Hay un modelo para montaje en el borde, otro para montaje en el ángulo superior, y como tercera opción puede instalarse en el techo. El extremo del cable plano de cobre se conecta a la estructura del techo mediante una de varias opciones posibles. Como los tanques de techo flotante tienden a ser de diámetro muy grande, se puede acumular una carga también muy grande en el centro de cada tanque. Esa carga debe llevarse al punto más cercano de la pared del tanque. Para asegurarse que la trayectoria no sea demasiado larga, los tanques de 200 pies o más pueden requerir un mínimo de seis a ocho dispositivos RGA. Esta recomendación se basa en el caso de la peor situación de resistencia o impedancia, en la que el tanque está casi vacío y el techo flotante descansa muy cerca del fondo del tanque.

Debido a que el módulo RGA está diseñado para fijarse con pernos sobre el borde del tanque, la ubicación debe escogerse de manera que esté en alineación vertical perfecta. Para instalar el RGA, es mejor escoger primero el punto de anclaje sobre la estructura del techo, y después alinear el conjunto del carrete para que quede directamente encima del punto de anclaje. Donde se usen múltiples conjuntos RGA, deben espaciarse uniformemente alrededor del borde del tanque. Los RGA ya se usan actualmente en varias instalaciones de Mobil, Chevron, Exxon, y Petróleos de Venezuela, entre otras.