Código Científico Revista de Investigación/ V.6/ N. E1/ www.revistacodigocientifico.itslosandes.net
ISSN: 2806-5697
Vol. 6 – Núm. E1 / 2025
pág. 2185
Dilatación térmica de electroconductores en torno al efecto Hotspot de
conectores placa-cable y pernos inoxidables
Thermal expansion of electroconductors around the Hotspot effect of cable-
plate connectors and stainless steel bolts
Expansão térmica de eletrocondutores em torno do efeito Hotspot de
conectores de placa de cabo e parafusos de aço inoxidável
Omar Danilo Briones Pacheco1
Instituto Superior Tecnológico Portoviejo
omar.briones@itsup.edu.ec
https://orcid.org/0009-0003-5584-4198
Erivel Pérez Fernández2
Instituto Superior Tecnológico Portoviejo
erivel.perez@itsup.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-7522-6827
DOI / URL: https://doi.org/10.55813/gaea/ccri/v6/nE1/811
Como citar:
Briones, O. & Perez, E. (2025). Dilatación térmica de electroconductores en torno al efecto
Hotspot de conectores placa-cable y pernos inoxidables. Código Científico Revista de
Investigación, 6(E1), 2185-2206.
Recibido: 18/02/2025 Aceptado: 12/03/2025 Publicado: 31/03/2025
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Research Article
Volumen 6, Número Especial 1, 2025
Resumen
En las instalaciones eléctricas, el efecto Hotspot radica en la formación de puntos calientes
locales por la inadecuada resistencia electrotérmica de sus materiales y su tendencia a dilatarse
propiciando daños estructurales por deformación, perdidas energéticas e incendios; se destaca
principalmente en los conectores placa-cable y los pernos de acero inoxidable y la clave de esto
está en su coeficiente de dilatación térmica. La hipótesis establece que los materiales no
cumplen con las exigencias del sistema y favorecen este fenómeno. El objetivo es evaluar el
vínculo existente entre este efecto y la dilatación de estos elementos, así como su grado de
incidencia en las instalaciones, para proponer alternativas a favor de la eficiencia energética.
Para su comprobación se realizaron prácticas experimentales sobre el incremento de la longitud
respecto a la temperatura efectuadas en laboratorio simulando las mismas condiciones. Los
resultados confirmaron una correlación directa entre la dilatación térmica y la formación de
puntos calientes, validando la hipótesis inicial. Se determinó que los pernos se dilatan en menor
grado en comparación con los conectores, sufriendo deformaciones por la expansión de las
placas y se planteó soluciones sobre alternativas del uso materiales con coeficientes de
dilatación lo más cercano a la igualdad.
Palabras clave: efecto Hotspot, dilatación térmica, eficiencia energética.
Abstract
In electrical installations, the Hotspot effect lies in the formation of local hot spots due to the
inadequate electrothermal resistance of their materials and their tendency to expand, causing
structural damage due to deformation, energy losses and fires; it is mainly highlighted in plate-
cable connectors and stainless steel bolts and the key to this lies in their thermal expansion
coefficient. The hypothesis establishes that the materials do not meet the system requirements
and favor this phenomenon. The objective is to evaluate the existing link between this effect
and the dilatation of these elements, as well as its degree of incidence in the installations, in
order to propose alternatives in favor of energy efficiency. For its verification, experimental
practices on the increase of the length with respect to the temperature were carried out in the
laboratory simulating the same conditions. The results confirmed a direct correlation between
thermal expansion and the formation of hot spots, validating the initial hypothesis. It was
determined that the bolts expand to a lesser degree compared to the connectors, suffering
deformations due to the expansion of the plates, and solutions were proposed for alternatives
using materials with expansion coefficients as close to equal as possible.
Keywords: Hotspot effect, thermal expansion, energy efficiency.
Resumo
Em instalações elétricas, o efeito Hotspot consiste na formação de pontos quentes locais devido
à resistência eletrotérmica inadequada de seus materiais e sua tendência a se expandir, causando
danos estruturais por deformação, falhas de circuito, perdas de energia e incêndios; ele é
encontrado principalmente em conectores de cabo de placa e parafusos de aço inoxidável, e a
chave para isso está em seu coeficiente de expansão térmica. A hipótese afirma que os materiais
não atendem aos requisitos do sistema e favorecem esse fenômeno. O objetivo é avaliar a
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relação entre esse efeito e a dilatação desses elementos, bem como seu grau de impacto nas
instalações, para propor alternativas em favor da eficiência energética. Para verificar isso, foram
realizados experimentos em laboratório simulando as mesmas condições sobre o aumento do
comprimento em relação à temperatura. Os resultados confirmaram uma correlação direta entre
a expansão térmica e a formação de pontos quentes, validando a hipótese inicial. Foi
determinado que os parafusos se expandem em um grau menor em comparação com os
conectores, sofrendo deformações devido à expansão das placas, e foram propostas soluções
para alternativas usando materiais com coeficientes de expansão o mais próximo possível da
igualdade.
Palavras-chave: Efeito Hotspot, expansão térmica, eficiência energética.
Introducción
Según (Rodríguez Atienza, 2020), la continuidad en los servicios públicos es esencial,
ya que muchas personas dependen de ellos. La electricidad es un recurso fundamental para el
desarrollo de la humanidad y su progreso, ya que constituye la base del funcionamiento de
diversos sistemas, máquinas y dispositivos en entornos médicos, domésticos e industriales. La
importancia de la electricidad radica en su impacto en la calidad de vida, el crecimiento
económico, la educación, la seguridad, la comunicación y la innovación. Por ello, no solo es
crucial su generación, sino también su transporte y distribución eficiente a los puntos de
consumo.
Las instalaciones eléctricas son estructuras diseñadas para transformar la electricidad de
alta a media y baja tensión, permitiendo su distribución en hogares, industrias y comercios
según las necesidades energéticas. Estas instalaciones cuentan con diversos componentes
eléctricos para controlar el flujo de corriente y garantizar la seguridad del sistema y del personal
operativo. Sin embargo, el manejo de voltajes elevados presenta desafíos, especialmente
cuando las instalaciones no cumplen con las especificaciones técnicas o son afectadas por
factores ambientales, como la temperatura. Acorde a (Dominguez Vite, Sanchez Proaño, &
Cudco Rojas, 2023), señalan que el sobrecalentamiento puede ocurrir por conexiones
defectuosas, sobrecargas, desequilibrios de carga o fallos en los componentes eléctricos,
aumentando el riesgo de fallas y afectando la eficiencia del sistema.
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El aumento de temperatura en los sistemas eléctricos puede provocar apagones
inesperados y pérdidas energéticas. Además, conforme con (Rodríguez Atienza, 2020), si no se
controla adecuadamente, el calor puede acumularse hasta niveles en los que las conexiones
eléctricas se funden, lo que incrementa la probabilidad de incendios e incluso explosiones. La
temperatura es, por tanto, un factor crítico en la seguridad y operatividad de las instalaciones
eléctricas, ya que impacta tanto en la eficiencia del sistema como en la prevención de accidentes
laborales.
Uno de los principales problemas térmicos en instalaciones eléctricas es el efecto
Hotspot, el cual se genera cuando aparecen puntos calientes localizados en zonas específicas de
la red eléctrica. Este fenómeno ocurre debido a la baja resistencia térmica de ciertos materiales
conductores y su tendencia a expandirse con el calor. Factores como la tensión excesiva
prolongada, el deterioro de los componentes y la insuficiente disipación térmica favorecen la
formación de puntos calientes, lo que compromete la seguridad del sistema. (Rodríguez
Atienza, 2020) enfatiza que, las inspecciones termográficas son herramientas clave para
detectar estos puntos críticos, evaluar su impacto y establecer medidas correctivas oportunas.
La principal causa del efecto Hotspot radica en la calidad de los materiales conductores
empleados en las instalaciones eléctricas. Como señala (Vásquez Ponce, 2015), el coeficiente
de dilatación térmica es un factor determinante en la resistencia mecánica de un material, ya
que determina en qué medida este se expande al aumentar su temperatura. Si un material no
posee un coeficiente de dilatación térmica adecuado, su estructura puede deformarse, alterando
sus propiedades mecánicas y eléctricas, lo que a su vez afecta la continuidad del suministro
eléctrico.
Las instalaciones de media tensión son especialmente vulnerables a estos efectos, ya
que operan con corrientes elevadas que generan calor en los puntos de conexión. Este fenómeno
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se ha identificado en la Subestación Eléctrica Portoviejo 1, donde el efecto Hotspot se ha
observado en los conectores placa-cable y en los pernos de acero inoxidable que los sujetan.
Dado este problema, la presente investigación busca responder la siguiente pregunta:
¿Cuál es la relación entre el efecto Hotspot y el coeficiente de dilatación térmica de los
conectores placa-cable y los pernos de acero inoxidable en una instalación de media tensión?
La hipótesis de este estudio plantea que los materiales empleados en los conectores
placa-cable y en los pernos de acero inoxidable no cumplen con las características de dilatación
térmica adecuadas, lo que favorece a la formación del efecto Hotspot en estas conexiones y
reduce la eficiencia energética de la Subestación Eléctrica Portoviejo 1.
Por ello, el objetivo principal es analizar la relación entre el coeficiente de dilatación
térmica de estos materiales y la aparición del efecto Hotspot, determinando su impacto en la
seguridad y operatividad del sistema eléctrico. A partir de estos hallazgos, se propondrán
soluciones técnicas para mitigar este problema y mejorar la confiabilidad del sistema.
Para ello, el estudio adopta un enfoque experimental, utilizando materiales idénticos a
los empleados en la subestación y sometiéndolos a condiciones térmicas controladas. Se
emplearán un soplete y una cámara termográfica para simular escenarios reales de
sobrecalentamiento y medir la dilatación térmica de los componentes. La deformación de los
materiales será cuantificada con un calibrador pie de rey digital, lo que permitirá obtener
mediciones precisas y evaluar la magnitud del fenómeno.
En última instancia, este estudio busca demostrar la relación entre el coeficiente de
dilatación térmica y la aparición del efecto Hotspot, proporcionando evidencia para la selección
de materiales más adecuados para evitar este fenómeno.
Metodología
1. Localización del sitio experimental
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Parte del estudio se llevó a cabo en la Subestación Eléctrica Portoviejo 1 de CNEL EP,
ubicada en la ciudad de Portoviejo, provincia de Manabí, Ecuador. La subestación se encuentra
ubicada en la Vía Manta, antes de la entrada a la Ciudadela Bellavista, con coordenadas -
1.0669229054527891, -80.47473556338778 (Figura 1).
Figura 1. Localización del Área Experimental
Nota. Las imágenes utilizadas fueron obtenidas de Google Maps.
La Subestación Eléctrica Portoviejo 1 cuenta con instalaciones de media tensión, donde
se analizó los puntos de investigación relacionados con el efecto Hotspot. Para ello, se utilizó
una cámara termográfica para medir la temperatura de las placas y los pernos de acero
inoxidable.
La otra parte del estudio se realizó mediante pruebas de laboratorio, simulaciones
controladas experimentales, donde los materiales fueron expuestos a diferentes niveles de
temperatura utilizando soplete y un calibrador pie de rey digital para evaluar la dilatación
térmica de los materiales después de la exposición al calor para analizar su comportamiento
térmico y mecánico bajo condiciones experimentales. Este proceso permitió cuantificar la
dilatación térmica y determinar en qué punto se produce la formación de puntos calientes. Con
base en estos resultados, se propuso soluciones para mitigar este fenómeno y prevenir fallos
operativos, daños estructurales y riesgos eléctricos en instalaciones de media tensión.
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Todo el estudio se efectuó con la aprobación de las autoridades competentes y
cumpliendo estrictamente con las normas de seguridad establecidas por la empresa eléctrica.
Asimismo, se implementó medidas de seguridad para mitigar riesgos mecánicos y eléctricos,
asegurando el uso adecuado del equipo de protección personal (EPP).
2. Elementos de estudio
2.1. Conectores placa-cable
Los conectores placa-cable son conectores eléctricos que se emplean para unir
conductores de una red. Estos elementos cuentan con diversas propiedades que hacen especial
su uso como lo es su resistencia a la corrosión y durabilidad. Mediante la aplicación de estos
elementos se puede permitir la transmisión de energía de forma fiable en una instalación entre
la placa y cables externos de larga distancia para que así la alimentación fluya adecuadamente,
es debido a este motivo que su diseño está adaptado a entornos energéticos exigentes para así
garantizar un rendimiento eficiente en conectividad al funcionar como un puente entre 2
elementos.
Los materiales de los que están hechos los conectores placa-cable suelen ser de aluminio
o cobre debido a sus propiedades conductoras y la elección entre estos 2 materiales va a
depender de los valores de conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión que se manejen
dentro de una instalación, en el caso de las instalaciones de media tensión el material que
componen los conectores empleados es el aluminio y aunque su conductividad es menor a la
del cobre, este posee la ventaja de ser más económico y más liviano, haciéndolo ideal para
aplicaciones en instalaciones eléctricas de media tensión.
Pernos de acero inoxidable
En el caso del manejo de la energía eléctrica de las instalaciones de media tensión el
tipo de pernos de acero inoxidable utilizado corresponde a la serie 304 también llamado A2-70
o 18/8 perteneciente a la familia austeníticos casi no magnéticos cuyo contenido de cromo se
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encuentra en 18% y níquel en 8%. Este tipo de acero inoxidable posee una amplia gama de
aplicaciones industriales por su resistencia a la tracción y corrosión, estos elementos presentan
una resistencia entre 500-750 MPa (Megapascales) y de elongación del 40 al 60%, lo que
permite que tengan un buen endurecimiento por trabajo mecánico, pero no son susceptibles a
endurecerse por medio de un tratamiento térmico, lo que significa que pueden llegar a
deformase ante altas temperaturas.
Los pernos de acero inoxidable se emplean en las instalaciones de media tensión como
elementos de anclaje debido a su resistencia a la corrosión y estabilidad mecánica y como se
mencionó, las variaciones de temperatura afectan tanto la integridad como el rendimiento de
los materiales de contacto eléctrico que están anclados con pernos de acero inoxidable. El
articulo detallará las diferencias en las tasas de expansión térmica entre los materiales de
contacto y los pernos de acero inoxidable para consumar a que problemas conduce en la
conectividad eléctrica, los riesgos de fallos por sobrecalentamiento y accidentes laborales,
mediante esto se permitirá explorar posibles soluciones para mitigar estas molestias y mejorar
la fiabilidad de las conexiones. La compatibilidad en los coeficientes de dilatación térmica entre
materiales de contacto y pernos de sujeción es fundamental para prevenir la formación de
puntos calientes.
Fenómeno estudiado
En el ámbito eléctrico, este fenómeno ocurre por los cambios de temperatura tanto
ambiental como por corriente eléctrica y como consecuencia tenemos la formación de puntos
calientes locales y su acumulación en los circuitos, dispositivos y materiales conductores de las
instalaciones tanto de media como de alta tensión debido a la generación de calor excedente en
zonas concretas promoviendo la dilatación térmica de las mismas. En el caso del experimento
se determinó que las instalaciones de media tensión de la Subastación Portoviejo 1 se ven
afectadas concretamente en los conectores placa-cable y consecuentemente en los pernos de
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acero inoxidable a los que están sujeto, es a partir de este punto que se establece una relación
entre ambas variables y su respectiva exploración a fin de contrarrestar esta problemática
mediante la investigación y pruebas de campo sobre este efecto.
En sí, la formación de puntos calientes representa un riesgo significativo para todo el
sistema eléctrico. El presente trabajo tiene como prioridad investigar, mediante fuentes
primarias y experimentos prácticos simulados, cómo el coeficiente de dilatación térmica de los
materiales contribuye a la generación del efecto Hotspot. Por ello, se analizará las diversas
condiciones operativas a las que se encuentran estos componentes junto a las propiedades de
los mismos referentes al manejo eléctrico y se realizarán pruebas de campo para destacar el
papel de la expansión y contracción térmica en la estabilidad de las conexiones eléctricas.
Métodos
Método experimental
El método experimental es una técnica de investigación aplicada en un entorno físico
con el propósito de verificar hipótesis a través de pruebas controladas y la observación de sus
resultados. En este estudio, los experimentos se realizaron de manera práctica, utilizando un
soplete y un calibrador pie de rey digital, con el objetivo de simular una situación térmica real
del efecto Hotspot.
Las pruebas experimentales se enfocaron en los conectores placa-cable y los pernos de
acero inoxidable empleados en la subestación, evaluando su comportamiento estructural y su
respuesta térmica ante el calor extremo. A partir de los datos obtenidos, se determinó la
incidencia de los cambios de temperatura en la generación de puntos calientes, lo que permitió
definir alternativas y estrategias para mitigar las afectaciones operativas causadas por el efecto
Hotspot en instalaciones de media tensión.
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Método cualitativo-cuantitativo
El método cualitativo-cuantitativo combina dos enfoques de análisis de datos para
proporcionar una visión integral del problema. En este estudio, se recopilaron datos
cuantitativos y cualitativos sobre la dilatación térmica de los conectores placa-cable y los pernos
de acero inoxidable expuestos al efecto Hotspot.
Las simulaciones térmicas y mecánicas de los materiales bajo condiciones controladas
permitieron obtener valores cuantitativos, tales como la resistencia térmica y la magnitud de la
deformación. Paralelamente, el análisis cualitativo se centró en evaluar los cambios físicos y
estructurales de los materiales tras la exposición al calor.
Para registrar los datos de temperatura, se utilizó una cámara termográfica en entornos
reales dentro de la subestación y en experimentos de laboratorio con el uso de soplete. La
información obtenida fue clave para comprender la relación entre la dilatación térmica y la
formación de puntos calientes, lo que permitió establecer soluciones adecuadas para mejorar la
eficiencia de los sistemas eléctricos.
Método analítico-inductivo
El método analítico-inductivo se basa en la combinación de dos enfoques de
razonamiento para obtener conclusiones y resolver problemas. En este estudio, el análisis se
centró en la relación entre el efecto Hotspot y la dilatación térmica de los materiales,
considerando esta última como el principal indicador de la aparición del fenómeno en
instalaciones de media tensión.
La selección de este método se fundamenta en la necesidad de evaluar el coeficiente de
dilatación térmica de los conectores placa-cable de aluminio y los pernos de acero inoxidable
A2-70, en relación con la formación del efecto Hotspot en la Subestación Portoviejo 1. Este
análisis permitió determinar el impacto del fenómeno en la eficiencia energética del sistema y
su seguridad operativa y laboral.
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El proceso analítico partió de la hipótesis inicial y se complementó con observaciones
directas en la subestación eléctrica, donde se documentaron evidencias del problema.
Posteriormente, la fase inductiva permitió formular conclusiones basadas en los datos
experimentales, relacionando las variables estudiadas y validando los hallazgos con
investigaciones previas.
Resultados
La energía eléctrica es un fenómeno que al recorrer un conductor genera calor. “El calor
excesivo que puede ocasionar un incendio puede ser producido por los siguientes factores: Una
corriente alta, Una resistencia alta y Falta de refrigeración” (Benitez Granados, 2023). El calor
presente en las instalaciones eléctricas es un problema bastante común al manejar corrientes
elevadas, puesto que los materiales electroconductores no siempre están diseñados para
soportar cargas excesivas por tiempos prolongados o este mismo potencial eléctrico supera la
capacidad neta del conductor metálico por motivos de resistencia, conductividad y dilatación
térmica, lo que se traduce en problemáticas a nivel operativo y productivo puesto que los
circuitos fallan y se interrumpe el recorrido de la electricidad o hay perdidas de eficiencia
energética significativas de la misma e incluso riesgos de incendio.
A continuación, se detallará los resultados obtenidos de los materiales estudiados,
correspondiendo al aluminio en el caso de los conectores placa-cable y al acero inoxidable en
los pernos. Para este experimento práctico se sometió ambos materiales a un calor progresivo
para evaluar su comportamiento de dilatación frente a temperaturas extremas considerando el
coeficiente de dilatación de ambos materiales y concluyendo en una temperatura máxima de
540 grados Celsius para así determinar el incremento de la longitud de estos sólidos ante estas
condiciones que en consecuencia acarrean desventajas potenciales para el sistema eléctrico del
que forman parte.
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El proceso practico se llevó a cabo empleando un soplete directamente sobre el material
indicado para generar el calor especifico estipulado y la medición de la temperatura se realizó
gracias a la participación de una cámara termográfica, asimismo la medición en cuanto a los
cambios longitudinales de los materiales se realizó mediante el uso de un calibrador pie de rey
con base a una medición en milímetros considerando los decimales.
Los valores obtenidos en el presente proyecto fueron calculados mediante 3 formulas.
Para calcular el cambio de longitud debido a un cambio de temperatura es:
𝛥𝐿 = 𝛼 × 𝐿𝑖 × 𝛥𝑇
Donde:
• ΔL = cambio de longitud
• α = coeficiente de dilatación térmica
• Li = longitud inicial
• ΔT = cambio de temperatura
Para calcular el cambio de temperatura (ΔT), la fórmula es la siguiente:
𝛥𝑇 = 𝑇𝑖 – 𝑇𝑓
Donde:
• Ti = temperatura inicial
• Tf = temperatura final
Y la fórmula para calcular la longitud final (Lf) del material es:
𝐿𝑓 = 𝐿𝑖 + 𝛥𝐿
Donde:
• Lf = longitud final
• Li = longitud inicial
• ΔL = cambio de longitud
1. Resultados obtenidos de los conectores placa-cable de aluminio
En cuanto a los valores obtenidos, en primera instancia, se evaluará el material de
aluminio de los conectores placa-cable cuyo coeficiente de dilatación es de 0,000024/°C, se
comenzó con una temperatura inicial de 5 grados Celsius y se terminó con una temperatura final
de 540 grados Celsius a partir de un material cuya longitud era de 33,7 mm, en la siguiente tabla
se demostrará como el incremento de la temperatura afecto la longitud final de los conectores
placa-cable.
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Tabla 1
Cambios longitudinales del material de aluminio de los conectores placa-cable respecto a la
temperatura
Incremento De Temperatura
Incremento De Longitud
Longitud Final
25°C
0,02022mm
33,72022mm
55°C
0,044484mm
33,744484mm
85°C
0,068748mm
33,768748mm
115°C
0,093012mm
33,793012mm
145°C
0,117276mm
33,817276mm
175°C
0,14154mm
33,84154mm
205°C
0,165804mm
33,865804mm
235°C
0,190068mm
33,890068mm
265°C
0,214332mm
33,914332mm
295°C
0,238596mm
33,938596mm
325°C
0,26286mm
33,96286mm
355°C
0,287124mm
33,987124mm
385°C
0,311388mm
34,011388mm
415°C
0,335652mm
34,035652mm
445°C
0,359916mm
34,059916mm
475°C
0,38418mm
34,08418mm
505°C
0,408444mm
34,108444mm
535°C
0,432708mm
34,132708mm
Fuente: Elaboración propia
Ilustración 1. Incremento de longitud del aluminio en función de la temperatura
Fuente: Elaboración propia
Los resultados obtenidos determinaron que frente al calor aplicado de forma progresiva,
el material de aluminio (conectores placa-cable) aumento 0,024264 mm, este valor fue
constante cada que se aumentaba la temperatura, esto demuestra que el material si se ve afectado
por el efecto Hotspot hasta cierto punto, puesto que el material es propenso a dilatarse frente a
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temperaturas altas lo que provoca negativamente deformidades en el sólido y dificulta su
efectividad operativa en el sistema eléctrico trayendo consigo problemáticas a nivel productivo.
Considerando la temperatura inicial de 5 grados Celsius y la temperatura final de 540 grados
Celsius, el material de aluminio incremento su longitud 0,432708 mm, lo que significa que el
aumento longitudinal del material fue de un 1.28%.
2. Resultados obtenidos de los pernos de acero inoxidable A2-70
En segunda instancia, se evaluará el material de acero inoxidable A2-70 de los pernos
de los conectores placa- cable cuyo coeficiente de dilatación es de 0,0000165/°C, se comenzó
con una temperatura inicial de 5 grados Celsius y se terminó con una temperatura final de 540
grados Celsius a partir de un material cuya longitud era de 33,7 mm, en la siguiente tabla se
demostrará como el incremento de la temperatura afecto la longitud final de los pernos de los
conectores placa-cable.
Tabla 2
Cambios longitudinales del material de acero inoxidable A2-70 de los pernos respecto a la
temperatura
Temperatura Final
Incremento De
Temperatura
Incremento De
Longitud
Longitud Final
30°C
25°C
0,01390125mm
33,7139013mm
60°C
55°C
0,03058275mm
33,7305828mm
90°C
85°C
0,04726425mm
33,7472643mm
120°C
115°C
0,06394575mm
33,7639458mm
150°C
145°C
0,08062725mm
33,7806273mm
180°C
175°C
0,09730875mm
33,7973088mm
210°C
205°C
0,11399025mm
33,8139903mm
240°C
235°C
0,13067175mm
33,8306718mm
270°C
265°C
0,14735325mm
33,8473533mm
300°C
295°C
0,16403475mm
33,8640348mm
330°C
325°C
0,18071625mm
33,8807163mm
360°C
355°C
0,19739775mm
33,8973978mm
390°C
385°C
0,21407925mm
33,9140793mm
420°C
415°C
0,23076075mm
33,9307608mm
450°C
445°C
0,24744225mm
33,9474423mm
480°C
475°C
0,26412375mm
33,9641238mm
510°C
505°C
0,28080525mm
33,9808053mm
540°C
535°C
0,29748675mm
33,9974868mm
Fuente: elaboración propia
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Ilustración 2. Incremento de longitud del acero inoxidable en función de la temperatura
Fuente: Elaboración propia
Los resultados obtenidos determinaron que frente al calor aplicado de forma progresiva
el material de acero inoxidable A2-70 de los pernos es de 0,0166815 mm, este valor fue
constante cada que se aumentaba la temperatura, esto demuestra que el material si se ve afectado
por el efecto Hotspot hasta cierto punto, puesto que el material es propenso a dilatarse frente a
temperaturas altas lo que provoca negativamente deformidades en el sólido y dificulta su
efectividad operativa en el sistema eléctrico trayendo consigo problemáticas a nivel productivo.
Considerando la temperatura inicial de 5 grados Celsius y la temperatura final de 540 grados
Celsius, el material de acero inoxidable A2-70 incremento su longitud 0,2974868 mm, lo que
significa que el aumento longitudinal del material fue de un 0,88%.
3. Comparación de los resultados obtenidos de los elementos estudiados
Dado los resultados de ambas pruebas y su respectiva comparación, se puede determinar
que el efecto Hotspot tiene una mayor repercusión en el material de aluminio del que están
hechos los conectores placa-cable, donde se evidencia que a medida que el calor aumenta, la
expansión del material se hace más notoria y aunque esta dilatación térmica del material
estudiado permanece fueron del rango de unidades en milímetros, una dilatación de 0,024264
a medida que la temperatura del metal aumenta es un factor que se debe de considerar en la
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selección de los materiales que son utilizados para el servicio energético, puesto que al dilatarse
su propiedad principal de mantener en unión al sistema y su conducción eléctrica puede dar
origen a varios incidentes operativos, administrativos, económicos y de seguridad.
4. Impacto del efecto Hotspot
La seguridad y fiabilidad de un sistema eléctrico es un factor intrínseco y primordial,
pese a ello este principio no siempre se cumple por diversas causas. Los puntos calientes o
efecto Hotspot son uno de los varios inconvenientes en el desempeño productivo de una
instalación eléctrica, este conflicto surge a partir del manejo de la energía eléctrica en materiales
conductores al sobrepasar la capacidad conductiva de los mismos incidiendo directamente en
su resistencia térmica, la cual empieza con un sobrecalentamiento que compromete su
funcionalidad y puede causar fallas temporales e incendios si no se detecta y trata a tiempo.
Acorde a estudios “La probabilidad de que un incendio tenga origen eléctrico es bastante
elevada estadísticamente se maneja un porcentaje del 70 al 75% que esto ocurra” (Benitez
Granados, 2023). Además “Un incendio constituye un riesgo por dos razones, la toxicidad del
aire y las altas temperaturas” (Bastidas & Medina Sánchez, 2013).
Los conectores eléctricos son el medio que permite el paso del voltaje de un punto a
otro sin ramificaciones o perdidas exponenciales, al estar involucrados por los puntos calientes
la credibilidad de todo el sistema se afecta y ocasiona pérdidas energéticas por tiempos de
inactividad no planificados e incluso riesgos de descargas a los trabajadores cercanos a los
circuitos y materiales conductivos. El rendimiento eléctrico de toda instalación se valora
tomando en cuenta los componentes y calidad de su estructura, cada parte fue diseñada para
cumplir un propósito, pero aun así siempre existirá un margen de error o incluso sucesos
imprevistos y externos que pueden ocasionar perdidas. En las instalaciones de media tensión,
sus conectores placa-cable son componentes críticos en la estabilidad y eficiencia de la
conexión, puesto que deben mantener un contacto eléctrico óptimo para evitar pérdidas
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energéticas, pero pueden ser susceptibles a la generación de puntos calientes debido al aumento
de su resistencia por el calor excesivo provocado que da como resultado la degradación en el
rendimiento del sistema.
Las consecuencias del efecto Hotspot no solo se concreta en la ineficacia sistemática
que esta causa, sino también en el costo operativo y de mantenimiento que involucra la
reparación del sistema afectado, dado que al producirse deformaciones en los materiales
conductores estos deberán reemplazarse por nuevos y si no se tiene en consideración la
verdadera causa de este problema se seguirán cambiando los componentes consecutivamente;
asimismo los incendios que puede provocar el sobrecalentamiento pueden inclusive influir
negativamente en el estado físico de los componentes cercanos o de la instalación completa, lo
que involucra un gasto monetario que pudo evitarse si se soluciona el problema en primer lugar.
“Se tienen datos que indican que los gastos ocasionados por reparaciones a este respecto podrían
alcanzar alrededor del medio millón de dólares diarios” (Gaona-Tiburcio, Almeraya-Calderón,
& Martínez-Villafañe, 2020). Y eso no es lo peor, “Lo más lamentable de todo es que muchos
de estos paros forzados pueden ser catastróficos, originando también pérdidas humanas”
(Gaona-Tiburcio, Almeraya-Calderón, & Martínez-Villafañe, 2020).
Discusión
Considerando los resultados, el estudio sobre el efecto Hotspot en materiales
electroconductores, conectores placa-cable de aluminio y pernos de acero inoxidable A2-70, en
la Subestación Portoviejo 1, exhibe hallazgos relevantes sobre el impacto de este fenómeno en
sistemas eléctricos de alto voltaje. A continuación, se realiza una valoración crítica de los
resultados, tomando como referencia trabajos previos y discutiendo el alcance y limitaciones
del estudio.
1. Resultados principales y su interpretación
1.1. Susceptibilidad de los materiales a la dilatación térmica
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Los resultados confirman que tanto el aluminio como el acero inoxidable A2-70 se ven
afectados por la dilatación térmica ante el calor. Sin embargo, el aluminio presenta una mayor
dilatación (1,28%) en comparación con el acero inoxidable (0,88%), lo que sugiere que el
aluminio es más susceptible a los cambios de temperatura que el acero inoxidable A2-70.
1.2. Implicaciones para la Subestación Portoviejo 1
La dilatación de los materiales, especialmente del aluminio, puede generar
deformaciones en los pernos A2-70 ya que al dilatar más y al estar con una temperatura elevada,
causará un estiramiento a los pernos, comprometiendo el funcionamiento de los componentes
eléctricos, afectando la eficiencia operativa y la fiabilidad del sistema. Los pernos de acero
inoxidables son propensos a deformaciones externas y al estar expuesto a las placas de aluminio
cuya dilatación es mayor, esto causa que se deforme más a diferencia del aluminio. Este
problema se ha manifestado en la Subestación Portoviejo 1, lo que resalta la necesidad de
considerar la dilatación térmica en el diseño y selección de materiales para sistemas eléctricos.
2. Comparación con estudios previos
Los resultados del estudio concuerdan con investigaciones previas que han destacado la
importancia de la dilatación térmica en materiales conductores y su impacto en la fiabilidad de
sistemas eléctricos. Varios autores han expresado la necesidad de utilizar materiales con
coeficientes de dilatación térmica adecuados para evitar problemas de conexión y deformación
en componentes eléctricos.
En particular, estudios previos han demostrado que el aluminio, a pesar de su alta
conductividad eléctrica, presenta una mayor dilatación térmica en comparación con otros
materiales como el cobre o el acero inoxidable. Esto ha llevado a la recomendación de utilizar
aleaciones de aluminio con mejores propiedades térmicas o considerar el uso de otros materiales
para este tipo de aplicaciones.
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3. Alcance y limitaciones
Si bien los resultados son relevantes para este caso específico, pueden ser extrapolables
a otros sistemas eléctricos que operan en condiciones similares de alto voltaje y temperatura.
Una limitación del estudio podría ser la falta de análisis de otros factores que también
pueden influir en el efecto Hotspot, como la calidad de las conexiones eléctricas, la presencia
de corrientes de fuga o la ventilación del sistema. Futuras investigaciones podrían abordar estos
aspectos para obtener una comprensión más completa del fenómeno.
4. Implicaciones y direcciones futuras
Los resultados del estudio resaltan la necesidad de considerar la dilatación térmica como
un factor crítico en el diseño y selección de materiales para sistemas eléctricos de alta potencia.
Se recomienda utilizar materiales con coeficientes de dilatación térmica adecuados, y diseñar
sistemas que puedan detener las deformaciones causadas por la dilatación.
En el caso específico de la Subestación Portoviejo 1, se sugiere evaluar la posibilidad
de reemplazar los pernos de acero inoxidables por otros de coeficiente de dilatación térmica
compatible con los conectores placa cable de aluminio, es decir pernos de aluminio o de algún
otro material con un coeficiente de dilatación parecido al aluminio.
Es necesario implementar medidas de monitoreo y mantenimiento preventivo para
detectar y corregir problemas relacionados con el efecto Hotspot, como inspecciones
termográficas periódicas y ajustes en las conexiones eléctricas.
Por lo tanto, el estudio sobre el efecto Hotspot en materiales electroconductores en la
Subestación Portoviejo 1 aporta información valiosa sobre la importancia de considerar la
dilatación térmica en sistemas eléctricos. Los resultados demuestran la necesidad de utilizar
materiales adecuados y diseñar sistemas que puedan mitigar los efectos negativos de este
fenómeno. Futuras investigaciones podrían ampliar el alcance del estudio y abordar otras
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variables que influyen en el efecto Hotspot para obtener una comprensión más completa y
desarrollar soluciones más eficaces.
Conclusión
En primer lugar, el estudio sobre el efecto Hotspot en los materiales electroconductores
revela que tanto el aluminio, utilizado en los conectores placa-cable, como el acero inoxidable
A2-70, utilizado en los pernos, son sensibles a este fenómeno físico. Los resultados obtenidos
demuestran que ambos materiales se dilatan progresivamente cuando se exponen a altas
temperaturas, lo que puede comprometer el funcionamiento de los componentes en un sistema
eléctrico. Este fenómeno es particularmente crítico en sistemas que manejan altas corrientes, ya
que el calor generado puede llevar a la deformación de los materiales, afectando su desempeño
y fiabilidad, como ha sucedido en la Subestación Portoviejo 1.
En segundo lugar, aunque ambos materiales experimentan dilatación térmica, existe una
diferencia significativa en la magnitud de esta dilatación. El aluminio, material de los
conectores placa-cable, presenta una mayor expansión térmica en comparación con el acero
inoxidable A2-70 de los pernos. Esta diferencia en la dilatación puede generar tensiones
adicionales, causando deformaciones mecánicas en los pernos debido a la mayor expansión del
aluminio, lo que afectaría negativamente la integridad de las conexiones.
En tercer lugar, los resultados del estudio subrayan la importancia de seleccionar
materiales con coeficientes de dilatación térmica compatibles para garantizar un
funcionamiento seguro y eficiente de los sistemas eléctricos. La incompatibilidad en la
dilatación de materiales puede derivar en deformaciones, lo que conlleva problemas operativos,
económicos y de seguridad, como se ha evidenciado en la Subestación Portoviejo 1. Por tanto,
es esencial elegir materiales que presenten coeficientes de dilatación térmica similares para
minimizar el riesgo de fallos en las conexiones y evitar pérdidas de eficiencia energética.
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En último lugar, este estudio resalta la necesidad de considerar la dilatación térmica
como un factor clave en el diseño de sistemas eléctricos. Para garantizar la seguridad y
fiabilidad de las instalaciones eléctricas a lo largo de su vida útil, es imperativo seleccionar
materiales adecuados y diseñar sistemas que mitiguen los efectos negativos del efecto Hotspot.
Los resultados de este estudio refuerzan la importancia de una selección cuidadosa de los
materiales en las instalaciones eléctricas, considerando sus propiedades de expansión térmica.
La aplicación de las soluciones propuestas, como el uso de materiales con coeficientes de
dilatación térmica compatibles es fundamental al tratar con este tipo de fenómenos por tal razón
se sugiere considerar el uso de pernos de aluminio en contraste con los de acero inoxidable o
emplear algún material con una dilatación térmica similar al del aluminio.
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