Cómo verificamos los cálculos de LOGOS

LOGOS verifica cada grupo de cálculo comparando el resultado del código de producción con un valor de referencia que no proviene del código de LOGOS: un número impreso por una fuente primaria (una norma, un release técnico, un folleto del CIGRE) o calculado por una implementación independiente y abierta. Las tablas que siguen a este texto muestran, fila por fila, el valor de referencia, el valor de LOGOS, la diferencia y el estado frente a la tolerancia declarada.

Cómo verifica LOGOS un cálculo

La verificación sigue cuatro reglas, y cada una existe para impedir un tipo concreto de falsa confianza.

1. Fuente primaria, con edición y año. Cada grupo cita la fuente exacta, por ejemplo “IAPWS R7-97(2012), Tabla 15” o “pandapower 3.5.4, calc_sc con lv_tol_percent = 6”. Sin la edición, un número de referencia no se puede reproducir.
2. Valor esperado independiente, nunca tomado del propio código. Si la referencia la generara LOGOS, la comparación solo probaría que el código coincide consigo mismo. Por eso la referencia es siempre un número publicado o el resultado de otro método. En el factor de fricción, por ejemplo, la referencia es la solución exacta de Colebrook-White mediante la función W de Lambert, 1/sqrt(f) = -a·ln(a·c·W(z)), mientras que LOGOS resuelve la misma ecuación con una estimación de Serghides y pasos de Newton.
3. Pruebas automatizadas. La comparación de esta página es también una prueba del repositorio de LOGOS: si un cambio en el código saca cualquier fila de la tolerancia, la prueba falla.
4. La columna LOGOS se genera al compilar. Los números de la columna LOGOS no se escriben a mano. Se calculan cuando se genera la página, con los mismos módulos que las calculadoras ejecutan en el servidor. El estado de cada fila (“Coincide” o “Fuera de tolerancia”) también se calcula: la página no puede mostrar “Coincide” para un resultado fuera de tolerancia.

Las referencias, una por una

IAPWS-IF97. La formulación industrial de la International Association for the Properties of Water and Steam es el estándar mundial de propiedades del agua y del vapor en ingeniería. El release R7-97 (revisión de 2012) publica valores de verificación pensados precisamente para validar programas de computadora. LOGOS compara la temperatura de saturación (Tabla 36) y el volumen específico, la entalpía, el calor específico isobárico y la velocidad del sonido del vapor sobrecalentado (Tabla 15, Región 2). Estas propiedades alimentan las calculadoras de válvula de control y de válvula de seguridad para vapor.

pandapower. pandapower es una biblioteca abierta de análisis de sistemas de potencia que implementa el cortocircuito de la IEC 60909-0:2016. LOGOS ejecuta 5 casos de red radial —red rígida, transformador de red y barra de baja tensión, uno de ellos con cable— y compara Ik″ trifásica, corriente de pico i_p, Ik″ bifásica e Ik″ mínima. La versión (3.5.4) y los parámetros (case = max/min, ip = True, lv_tol_percent = 6, es decir, c_max = 1,05 y c_min = 0,95 en BT) están declarados para que cualquier persona repita el cálculo.

CIGRE TB 880 (2022). El folleto técnico 880 del CIGRE, “Power cable rating examples for calculation tool verification”, publica casos de referencia de ampacidad según la IEC 60287 creados precisamente para verificar herramientas de cálculo. LOGOS usa los casos introductorios con cable de 132 kV XLPE, 630 mm² de cobre: 0-1 (trébol directamente enterrado), 0-2 (trébol de ductos HDPE en contacto) y 0-3 (banco de ductos de PVC en concreto, con las variantes de puesta a tierra en un solo punto y de pérdidas por corrientes parásitas).

ASME B36.10M. La norma de tuberías de acero al carbono soldadas y sin costura define el diámetro exterior y el espesor de pared de cada combinación de NPS y cédula. El diámetro interior de referencia se calcula como DI = (DE - 2·t) × 25,4 mm a partir de las dimensiones en pulgadas y se compara con la tabla de tuberías que usan las calculadoras de hidráulica.

ABNT NBR 5410. La norma brasileña de instalaciones de baja tensión tabula la capacidad de conducción de corriente (Tablas 36 y 37) y los factores de corrección por temperatura ambiente (Tabla 40) y por agrupamiento (Tabla 42). Los valores en cobre de las Tablas 36 y 37 son los mismos de la IEC 60364-5-52, Tablas B.52.4 y B.52.5. Aquí no hay cálculo: la verificación confirma que la tabla transcrita en el código devuelve exactamente el valor impreso en la norma.

Lo que encontró la verificación y lo que se corrigió

Una verificación que nunca encuentra nada no prueba mucho. La comparación con pandapower y con el CIGRE TB 880 encontró diferencias reales en el código de LOGOS. Cada una se aisló numéricamente, se corrigió y quedó cubierta por la prueba.

Cortocircuito (IEC 60909), comparación con pandapower:

• D51 — corrección K_T del transformador en el caso mínimo. La IEC 60909-0:2016 (§6.3.3) define el factor de corrección de impedancia del transformador con c_max, para el cálculo de corriente máxima. LOGOS aplicaba K_T también a la Ik″ mínima, que salía entre 2 % y 4 % alta. Como la Ik″ mínima es la que verifica si la protección actúa, el error estaba del lado inseguro. Tras la corrección, la Ik″ mínima bajó entre 0,4 % y 1,9 % en los casos del producto y ahora coincide con pandapower.
• D52 — factor de tensión en la impedancia de la red. LOGOS usaba el factor c de la barra analizada (1,05 en BT) para calcular la impedancia de la red, cuando lo correcto es el c del nivel de tensión de la fuente (1,10 y 1,00 en media tensión). El efecto era una Ik″ entre 0,15 % y 0,25 % alta. Corregido.

Ampacidad de cables en ductos (IEC 60287), comparación con el CIGRE TB 880:

• D39 — la resistividad de la pantalla de aluminio usaba el valor de conductor de aluminio; ahora usa 2,84×10⁻⁸ Ω·m, el valor adoptado en el TB 880.
• D40 — la resistencia térmica del aislamiento (T1) ahora considera por separado las capas semiconductoras cuando se informa el espesor del aislamiento.
• D41 — las constantes U, V e Y de ducto plástico ahora son 1,87 / 0,312 / 0,0037, las del TB 880.
• D42 — las pérdidas por corrientes parásitas en pantallas metálicas macizas siempre se despreciaban. En un cable con pantalla maciza y puesta a tierra en un solo punto, esto dejaba la ampacidad 3,1 % optimista en el caso 0-1 —el único hallazgo del lado inseguro en esta serie—. LOGOS ahora calcula estas pérdidas según la IEC 60287-1-1 §2.3.6.1.
• D43 — el factor de pérdidas en la pantalla (λ₁) de un circuito plano sin transposición tenía un término que se anulaba; tras la corrección, el λ₁ del cable exterior retrasado pasó de 1,49 a 1,70, cerca del 1,72 de otra implementación independiente.
• D44 — el material de la cubierta (PVC, PE/HDPE, policloropreno) ahora entra en la resistencia térmica T3.
• D45 — en un circuito plano sin transposición, cada posición de cable tiene ahora su propio λ₁, y la ampacidad es la corriente con la que el cable más caliente alcanza la temperatura máxima.

Lo que esta verificación no cubre

La verificación cubre los puntos de las tablas de abajo; no prueba que todo resultado posible sea correcto. Los límites conocidos son estos:

• Aporte de motores al cortocircuito. LOGOS suma el aporte de los motores mediante la corriente de rotor bloqueado; pandapower modela el motor de inducción con datos de placa. Los casos comparados no incluyen motores.
• Redes malladas. El cortocircuito de LOGOS se calcula en red radial, por diseño; las redes malladas y los generadores como fuente no están cubiertos.
• Falla fase-tierra con secuencia cero completa. LOGOS calcula la falla fase-tierra con un factor k0 = Z0/Z1 declarado o derivado del resistor de puesta a tierra o del lazo fase-PE; no resuelve las tres redes de secuencia con el grupo de conexión del transformador, como pandapower. Por eso la falla fase-tierra no está en la comparación.
• Redes hidráulicas malladas genéricas. Las calculadoras de hidráulica resuelven topologías industriales definidas (línea simple, bombas en serie y en paralelo, ramales, recirculación y el circuito de unificación), no una red mallada arbitraria.
• Transitorios hidráulicos. El golpe de ariete se calcula con las fórmulas de Joukowsky y de Michaud. Las líneas con perfil accidentado, varias bombas o separación de columna requieren simulación por el método de las características, que LOGOS no realiza.
• Responsabilidad técnica. Ningún resultado, verificado o no, reemplaza el criterio y la responsabilidad profesional del ingeniero que firma el proyecto.