1. Universidad “Fermín Toro”
Decanato de Ingeniería
Cabudare, Edo. Lara
Diseño de un sistema puesta a tierra en
el aeropuerto internacional de Tokio
Carlos Rodríguez
19.590.355
Sistema Puesta a Tierra
Prof. Ing. Juan Molina

2. El Aeropuerto Internacional de Tokio comúnmente llamado Aeropuerto de
Haneda se ubica en Ōta, Tokio, Japón, siendo uno de los principales aeropuertos de
área del Gran Tokio, es uno de los aeropuertos donde se ubica el mayor
congestionamiento de personas, incorpora la tecnología de cogeneración y es
equipado para hacer el empleo eficiente de energía que viene dada por motores
impulsados por gas que es usada alumbrar el edificio de terminal, mientras el calor
generado en aquel proceso es enjaezado para el empleo eficiente en la calefacción del
terminal y sistemas de refrigeración, y el abastecimiento de agua caliente.
Entre los servicios en el aeropuerto se encuentran alquiler de vehículos,
bancos, cajeros automáticos, casa de cambio de divisas, oficina de correo, servicio de
renta de telefonía móvil, teléfonos públicos, wi-fi, gran variedad de restaurantes
japoneses y occidentales, servicio de buffet, cafés, bares, están las diversas tiendas y
las llamadas “free shops” (libres de impuesto), servicio de guardería de equipaje,
agencia de viajes, clínica médica y dental, peluquería, baños con ducha, habitaciones
para descansos, ascensores y baños adaptados para personas minusválidas,
estacionamiento, hotel.
En estas instalaciones también existen 3 terminales, los terminales 1 y 2 son
conectados por un paso subterráneo, un paso peatonal y también existe un servicio de
autobús gratuito entre los 2 terminales y el terminal internacional cada cinco minutos,
el aeropuerto funciona las 24 horas del día. Sus características son:

3. • Terminal 1: llamado “Big Bird” (ave grande) es el más grande del
aeropuerto de Haneda, el edificio de seis pisos cuenta con un
restaurante, tiendas, salas de conferencias en su sección central y una
terraza en la azotea de observación de gran tamaño con terraza de la
cafetería al aire libre. La mayoría de los vuelos europeos y al Reino
Unido salen de este terminal junto con algunos vuelos a Estados
Unidos y vuelos de corto recorrido a destinos asiáticos.
• Terminal 2: el edificio consta de seis pisos y posee restaurantes,
azotea, zona comercial y un hotel llamado Haneda Excel Hotel Tokio.
La mayoría de los vuelos salen hacia destinos nacionales y destinos
asiáticos internacionales aunque también hay vuelos a larga distancia.
• Terminal Internacional: Consta de cinco plantas y posee una zona
comercial entre otros. Ha sido diseñado para ser considerado al
entorno ambientalista, es llamado “Eco Aeropuerto”, tiene el fin de
reducir al mínimo el impacto medioambiental en términos de
contaminación atmosférica, en las que se encuentran el ruido,
vibraciones, agua, suelo, entre otros. Este terminal cuenta con: edificio
de Sistema de Dirección de Energía (BEMS), aguas residuales
recicladas, calor geotérmico y submarino enjaezado para empleo,
almacenaje de calor de agua, Batería NAS (Batería de almacenamiento
masivo), cogeneración a base de gas, generación de energía solar, aire
acondicionado para áreas ocupadas, sistema de ventilación natural,
empleo de eco-materiales, restricciones contra SOX, NOx, red de
vegetación, agotamiento de capa de ozono factor, entre otros.

4. Las fundaciones de varios edificios del terminal son guardadas estables con
montones conducidos profundamente en la tierra. Estos montones recogen el calor
que reside en la tierra, y las bombas de calor usan un refrigerante natural para
enjaezar aquel calor de los montones y usarlo para calentar y refrescar el terminal.
Usando esto el sistema ecológicamente considerado, ningún calor es liberado en la
atmósfera. Así como esto, también existen otras edificaciones entre las que se puede
nombrar: Torre de control en los cuales se ubican todos los instrumentos necesarios
para la comunicación entre el conductor del avión ya sea que va saliendo o llegando
al aeropuerto con el departamento que da las reglas e indica el estado del avión u
otras cosas, aparcamiento de seis pisos, entre otros.
Entre los materiales más resaltantes usados en la fabricación de este
aeropuerto están:
• Concreto armado
• Acero estructural.
• Cubierta de láminas metálicas.
• Láminas de policarbonato traslúcidas.
• Vidrio de seguridad.
Índice de riesgo: viene determinado por
Ir = A + B + C + D + E + F + G (Ir: Índice de Riesgo)

5. Este índice debe ser interpretado de la forma siguiente:
− 0 - 30: Sistema de protección opcional.
− 31 - 60: Se recomienda una protección.
− Más de 60: la protección es indispensable.
Índice de riesgo A:
Valor del
Uso al que es destinada la estructura
Ir: A
Casas y otras construcciones de tamaño similar 2
Casas y otras construcciones de tamaño similar con antenas
4
exteriores
Industrias, talleres y laboratorios 6
Edificios de oficina, hoteles, edificios de apartamentos 7
Lugares de reunión, como iglesias, auditorios, teatros, museos, salas
de exposición, tiendas por departamentos, oficinas de correos, 8
estaciones, aeropuertos y estadios
Escuelas, hospitales, guarderías infantiles y ancianatos 10
Por lo tanto el valor del Ir A= 8 ya que la estructura a sobre la cual se va a
trabajar es un Aeropuerto.

6. Índice de riesgo B:
Valor del Ir:
Tipo de Construcción
B
Estructura de acero con techo no metálico 1
Concreto forzado con techo no metálico 2
Ladrillo, concreto liso o albañilería, con techo no metálico de
4
material incombustible
Estructura de acero o concreto armado con techo metálico 5
Estructura de madera o con revestimiento de madera con techo no
7
metálico de material incombustible.
Ladrillo, concreto liso, albañilería, estructura de madera con techo
8
metálico
Cualquier construcción con techo de material combustible 10
Por lo tanto el valor del Ir B= 5 ya que la estructura posee concreto armado
para las zonas de seguridad, entre otras.
Índice de riesgo C:
Valor del
Contenido o tipo del Inmueble
Ir: C
Inmuebles residenciales u oficinas, industrias y talleres con
2
contenido de poco valor, no vulnerable al fuego

7. Construcciones industriales o agrícolas que contienen material
5
vulnerable al fuego
Plantas y subestaciones eléctricas y de gas, centrales telefónicas y
6
estaciones de radio y televisión
Plantas industriales importantes, monumentos y edificios históricos,
museos, galerías de arte y construcciones que contengan objetos de 8
especial valor
Escuelas, hospitales, guarderías y lugares de reunión 10
Por lo tanto el valor del Ir C= 6 ya que la estructura posee sus propias plantas
eléctricas además de utilizar una batería de almacenamiento masivo de energía para
suministrar en caso de emergencia, entre otros.
Índice de riesgo D:
Valor del
Grado de aislamiento
Ir: D
Inmuebles localizados en un área de inmuebles o árboles de la
2
misma altura, en una gran ciudad o bosque
Inmuebles localizados en un área con pocos inmuebles de la misma
5
altura
Inmueble completamente aislado que excede al menos dos veces de
10
la altura de las estructuras o árboles vecinos

8. Por lo tanto el valor del Ir D= 10, el aeropuerto se encuentra retirado debido
muchas factores, entre ellos están la contaminación sónica.
Índice de riesgo E:
Valor del
Tipo de terreno
Ir: E
Llanura a cualquier altura sobre el nivel del mar 2
Zona de colinas 6
Zona montañosa entre 300m y 1000m 8
Zona montañosa por encima de 1000m 10
Por lo tanto el valor del Ir E= 2, este tipo de terreno depende de la ubicación
geográfica de cada país, en este caso el aeropuerto se encuentra a nivel del mar.
Índice de riesgo F:
Valor del
Altura de la estructura
Ir: F
Hasta 9m 2
de 9m a 15m 4
de 15m a 18m 5
de 18m a 24m 8
de 24m a 30m 11

9. de 30m a 38m 16
de 38m a 46m 22
de 46m a 53m 30
Por lo tanto el valor del Ir F= 8 tomando en cuenta el terminal de pasajero
principal, los 2 terminales y el edificio de control, se hicieron los respectivos cálculos
y como resultado dio un promedio de 5 plantas, promediando que cada planta tenga
una altura de 4m, daría un total de 20m.
Índice de riesgo G:
Valor del
Número de días de tormentas por años
Ir: G
Hasta 3 2
de 3 a 6 5
de 6 a 9 8
de 9 a 12 11
de 12 a 15 14
de 15 a 18 17
de 18 a 21 20
más de 21 21
Por lo tanto el valor del Ir G= 21, estadística tomada del sitio web “The
Weather Channel”, se pudo observar que desde el mes de junio hasta septiembre,

10. ocurren tormentas en esta zona del planeta tierra, un estimado de 7 días de tormenta
(dispersas, al comenzar el día, etc)
De acuerdo las reglas a seguir dada por los parámetros establecidos
anteriormente, podemos obtener que el resultado del índice de riesgo total del
aeropuerto internacional de Tokio es:
Valor índice de
Índice de riesgo Descripción
riesgo
A 8 Aeropuerto
Estructura de acero o
B 5 concreto armado con
techo metálico
Plantas y subestaciones
C 6 eléctricas, centrales
telefónicas
Inmueble completamente
aislado que excede al
D 10 menos dos veces de la
altura de las estructuras o
árboles vecinos
Llanura a cualquier altura
E 2
sobre el nivel del mar
Altura de la estructura
F 8
(18cm - 24 cm)
G 21 Un estimado de 30

11. tormentas al año
Es recomendado instalar
TOTAL Ir (A + B + C +
60 un sistema de protección
D + E + F + G)
con pararrayos
Solución:
La región de Tokio (Japón) posee un clima templado, con una humedad
relativa del 63% esto quiere decir que aproximadamente el 45% del año es de días
lluviosos, esto quiere decir que aproximadamente existen unos 30 días de tormentas
con rayos continuos al año; tomando en cuenta los resultados de la operación
realizada cuyas investigaciones vistas anteriormente se decide que es recomendable
llevar a cabo la instalación de un sistema de protección contra descargas atmosféricas
(pararrayos) para proteger la edificación y las personas que estén en su interior. Este
tipo de protección está reglamentada por normas técnicas que, entre otros puntos, se
preocupa de la calidad de los materiales empleados en una instalación.
Diseño del Sistema Puesta a Tierra
Un correcto diseño del sistema puesta a tierra es fundamental para asegurar la
correcta conducción de la descarga eléctrica del rayo, hay que asegurar que no existan
bucles que produzcan tensiones inducidas, para el siguiente diseño es necesario usar
los siguientes elementos:

12. • Electrodo: se usará una varilla copperweld, ya que es de bajo costo de
material la cual debe tener una alta capa (254 micrones), los electrodos de
baja capa no son permitidos.
• Línea de Tierra: son las conductoras que unen al pararrayos con los puntos de
puesta a tierra. Por seguridad, deberá haber al menos dos trayectorias
(conductores) a tierra por cada pararrayos para asegurarnos una buena
conexión, así mismo se deben conectar a los puntos de toma de tierra todas las
tuberías metálicas de agua y gas, así como canalones y cubiertas metálicas que
pudieran ser alcanzadas por un rayo, por ultimo para reducir los efectos
inducidos, estos conductores estarán separados un mínimo de 30m, en fin, se
usará una malla de aterramiento la cual debe ser hecha con cabos de cobres
desnudos de 5000m a 0,5m de profundidad en el suelo, interconectando todas
las bajadas..
• Punto de enlace: estará ubicado dentro de una cámara, que sirve de unión
entre el anillo de enlace y las líneas principales de tierra, el anillo de enlace
con tierra está formado con un conjunto de conductores que unen entre sí los
electrodos. El material sería anillos de cobre de 35mm2 de sección.
• Para el pararrayo se usará cobre conductor, del tipo electrolítico, de uso
eléctrico, abrazaderas, grapas, etc., de bronce o cobre, las conexiones no serán
soldadas, son convenientes las conexiones abulonadas con arandelas de
contacto dentrado, todo convenientemente asegurado, los cables irán bien
rectos sin enroscar los obenques.
Los conductores de bajada son distribuidos a lo largo del perímetro de la
edificación, de acuerdo con el nivel de protección, con referencia para las quinas
principales; las cañerías de gas con protección catódica no pueden ser vinculados

13. directamente, en este caso se debe instalar un DPS tipo centelhador; las
ecualizaciones de potencias deben ser ejecutadas en el nivel del suelo y a cada 20m
de altura, donde son interconectadas todas las mallas de aterramiento.
Diagrama del SPAT
Edificios de control del Aeropuerto Internacional de Tokio (Haneda)

14. Torre de ccontrol del Aeropuerto Internacional de Tokio (Haneda)
Terminal Principal del Aeropuerto Internacional de Tokio (Haneda)

15. Terminal secundario 1 del Aeropuerto Internacional de Tokio (Haneda)
Terminal secundario2 del Aeropuerto Internacional de Tokio (Haneda)
Leyenda:
SPAT
Cable de
Pararrayo directamente
Cobre
a tierra

16. Diagrama Bidimensional
1 2 3 4 5 6 7
Cable de Cobre
Pararrayo
Barra MGB
Terminal de Tierra
1. Terminal Principal
5. Torre de control
2. Edificio de Control, zona este
7. Terminal 1
3. Edificio de Control, zona centro
8. Terminal 2
4. Edificio de Control, zona oeste

17. Imágenes del Aeropuerto Internacional de Tokio
Imagen satelital 1

18. Imagen satelital 2
Imágenes del aeropuerto y de sus terminales, interiores y exteriores

24. Entre los riesgos que podemos encontrar en la zona de Tokio (donde está el
aeropuerto) se encuentran:
• Terremotos: Tokio tiene la actividad sísmica continua, debido a su posición.
Se encuentra en una zona de subducción, que es donde una placa se ve
obligada por debajo de otra. Es también en el punto de encuentro de dos
piezas de la gigantesca placa del océano pacífico, que se mueven en
diferentes direcciones al lado uno del otro; en Japón, apenas pasará un día
sin un terremoto.
• Tsunami: se producen por dos razones, una porque Japón está rodeado por
agua y la otra porque Japón tiene una gran cantidad de terremotos que
causan tsunamis.
• Volcanes: Japón está cubierto de arcos montañosos y posee una décima
parte de los volcanes activos mundo y cientos de volcanes inactivos,
ejemplo: el monte Fuji, volcán Sakurajima, etc.
• Tifón: estos traen fuertes lluvias en amplias zonas que pueden causar
inundaciones y fuertes vientos, que alberga los daños y recursos forestales.
• Radiación nuclear: debido a la cantidad de empresas que trabajan con
sustancias químicas y nucleares, existe el riesgo de que ocurra un desastre
natural ya que en Tokio es frecuente, estas sustancias podrían contaminar el
agua del mar y así ser expandida la radiación por todo Tokio.
Para el aeropuerto internacional de Tokio se implementaría una modificación
al sistema Franklin de pararrayos, al añadir a las terminales aéreas conductores que

25. crucen sobre la estructura a proteger como una caja de Faraday limitada sobre y a los
lados de la construcción, y todo ese conjunto resultante es conectado a cables
múltiples de bajada, que a su vez se conectan al sistema de tierras perimetral del
edificio, también es recomendable ya que este sistema evita que las señales de
radiofrecuencia que se encuentra en las centrales telefónicas o teléfonos móviles se
escapen o entren una zona; para hacer más efectiva la protección del sistema, se
usarían puntas del tipo Franklin.
Conclusiones
Entre las ventajas del sistema puesta a tierra se pueden nombrar:
• Máxima protección y seguridad a personas y equipos electrónicos, entre
otros, debido a la calidad del sistema, aunque el material de la estructura
ayuda de forma grande esto.
• Mejora la calidad del servicio, se disipa la corriente asociada a descargas
atmosféricas y limita las sobre tensiones generadas.
• En equipos eléctricos elimina los potenciales de toque en equipos eléctricos
que pudieran poner en peligro la vida, para que operen las protecciones por
sobrecorriente de los equipos.
• Fiabilidad incluso en condiciones climáticas extremas

26. Entre algunos de los aspectos a resaltar tenemos que :
• Los rayos que inician en tierra son relativamente raros y ocurren normalmente
en montañas o en estructuras altas. Los rayos iniciados en las nubes negativas,
normalmente aparecen en nubes de tormenta del tipo cumulonimbos
convectivas que usualmente miden de 3 a más de 50 km de largo, y son
consecuencia de un rompimiento dieléctrico atmosférico. Este rompimiento
una vez iniciado, avanza en zigzag a razón de unos 50 metros por
microsegundo con descansos de 50 microsegundos.
• Una vez que el rompimiento creó una columna de plasma en el aire, la
descarga eléctrica surgirá inmediatamente dentro de un hemisferio de unos 50
m de radio del punto de potencial más alto. Y, cualquier objeto puede ser el
foco de esta descarga hacia arriba de partículas positivas, aún desde una parte
metálica debajo de una torre.
• Las descargas atmosféricas pueden causar grandes diferencias de potencial en
sistemas eléctricos distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas.
A consecuencia de ello, pueden circular grandes corrientes en las
canalizaciones metálicas, y entre conductores que conectan dos zonas
aisladas. Pero, aún sin la descarga, una nube cargada electrostáticamente crea
diferencias de potencial en la tierra directamente debajo de ella.

27. • La protección de estructuras es más tolerante que una protección electrónica.
Así, un edificio puede tolerar hasta 100,000 V mientras que componentes
electrónicos a 24 V se dañarán con voltajes sostenidos de 48 volts.
• Un sistema de protección contra descargas, llamado de pararrayos, debe:
• Capturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito llamado
terminal aérea.
• Conducir la energía de la descarga a tierra, mediante un sistema de
cables conductores que transfiere la energía de la descarga mediante
trayectorias de baja impedancia, y;
• Disipar la energía en un sistema de terminales (electrodos) en tierra.
• Los rayos son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta
corriente, por ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos. Son de
alta frecuencia por la elevada razón de cambio de la señal, de
aproximadamente 1 us. Por ello, para dirigir a tierra las descargas
atmosféricas se utilizan las técnicas para señales en altas frecuencias.
En el aeropuerto se protegen equipos como:
• Computadoras (incluye todo el tipo de hardware externo que lo compone).

28. • Todo el tipo de antenas que exista.
• Todo el sistema ya desde el de seguridad hasta la pantalla que indica la hora
de los vuelos.
• Ups.
• Router o switch .