Consideraciones Iniciales

CONSIDERACIONES INICIALES PARA EL DISEÑO DE PUESTAS A TIERRA

RESUMEN

El conocimiento de las características del suelo donde se desea construir una a puesta adquiere su verdadero valor cuando en su diseño se cuenta con la información necesaria para obtener un diseño óptimo.

ABSTRACT

Given the importance of the system of put to ground that is desired to design and the costs that implies to obtain a value

specify of resistance of put to ground, is determinant to know the parameters that they are required for the to obtain an optimum design.



Jorge Humberto Sanz Alzate

Profesor Asistente Universidad Tecnologica de Pereira.

e-mail: jsanz@utp.edu.co

INTRODUCCIÓN.

Hoy por hoy los sistemas de puesta a tierra adquieren su verdadero valor como uno de los componentes más importantes de los sistemas eléctricos, puesto que su función es la de forzar la derivación al suelo de las intensidades de corriente de cualquier naturaleza que se pueden originar, ya se trate de corrientes de defecto, baja frecuencia industrial, o debidas a descargas atmosféricas, tipo impulso.

La aparición de las intensidades originadas por la instalación de sistemas de puesta a tierra puede originar la aparición de diferencias de potencial entre ciertos puntos, por ejemplo, entre la instalación del sistema de puesta a tierra y el suelo que la rodea o entre dos puntos del mismo sistema, por cuya razón debe concebirse la instalación de puesta a tierra para que incluso con la aparición de las diferencias de potencial aludidas se cubran los siguientes objetivos:

Seguridad de las personas.

Protección de las instalaciones.

Mejora de la calidad del servicio.

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia.

Se pretende con este ensayo recoger una buena parte de los conceptos iniciales que necesitan los ingenieros electricistas y electrónicos que tienen que ver con sistemas de puesta a tierra, e ilustrar la importancia de conocer la resistividad del terreno.

2. TIPOS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA.

Existen varias maneras para que un sistema eléctrico esté puesto a tierra, que va desde lo más elemental como es un electrodo, pasar por placas de formas y tamaños diversos, y llegar a complicadas configuraciones de cables, electrodos y placas enterradas en el suelo.

De acuerdo a su uso podemos agrupar los sistemas de puesta de la siguiente forma:

De protección.

De servicio.

Temporales.

Cualquier a que sea el grupo en que se encuentre clasificado, los sistemas de puesta a tierra deben cumplir entre otros con los siguientes requisitos:

El valor de la resistencia debe ser el adecuado para poder considerar el sistema como sólidamente conectado a tierra.

Debe garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos.

La variación de la resistencia debida a cambios ambientales debe ser tal que en cualquier momento que se presenten cargas estáticas o descargas eléctricas atmosféricas permita su conducción a tierra.

Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas.

Alta capacidad de conducción y disipación de corriente.

Evitar ruidos eléctricos.

Deben ser resistentes a la corrosión.

Su costo debe ser lo más bajo posible.

Su vida útil deber ser mayor a 20 años.

Debe permitir un fácil mantenimiento.

FACTORES QUE INCIDEN EN EL DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA.

La siguiente lista muestra algunos factores que en forma directa o indirecta, inciden en el diseño y la calidad de una puesta a tierra.

La composición geológica del suelo: Debido a la presencia de elementos tales como arena, grava, arcilla, caliza, cemento, materias orgánicas, piedras inciden en forma fundamental en la calidad de una puesta a tierra.

Contenido de agua.

Viscosidad del agua.

Temperatura del suelo.

Solubilidad del terreno.

Concentración de sales disueltas.

Composición química del suelo.

Geometría de los poros.

Composición mecánica del suelo.

(Compactación).

Textura de las rocas que hacen parte del suelo.

Material de los electrodos.

Diámetro y forma de los electrodos.

Área de contacto con el suelo.

Cableado de conexión, cuyo diámetro debe ser directamente proporcional a la corriente de fallo.

Sistema de conexión.

Profundidad de enterramiento.

Cercanía de otras puestas a tierra. (Por lo general debe estar a 5 veces el lado más largo del sistema del centro geométrico).

Tipo de corriente de fallo.

Frecuencia de la corriente de fallo.

Separación de los electrodos.

Los parámetros relacionados con el suelo permiten conceptuar un término que de acuerdo a su valor facilita determinar las características de este, el término se denomina resistividad del suelo.

3.1 Resistividad del suelo.

Como se conceptúo antes algunos factores determinan una variable muy importante del suelo, su resistividad, la cual se puede definir como la resistencia que hay entre las caras de un cubo, que tiene de lado 1 metro, el cual es llenado con el suelo que se desea analizar. (Sus unidades serían Ohmio/metro).

El suelo en su estado natural es un mal conductor de electricidad y totalmente seco se comporta como un material semiconductor o aislante. El valor de la resistividad fluctúa para distintas rocas en límites muy amplios, dependiendo de la composición de las mismas, de la conductividad de sus partículas de sus estructura, de la presencia de agua, de las sales y otros parámetros. Por ello es importante listar los factores que más inciden en la resistividad de un suelo.

Entre los factores más importantes son:

La constitución del terreno.

La humedad del terreno.

Las sustancias ácidas básicas.

Temperatura.

Compactación

La resistividad del terreno depende principalmente del tamaño de las partículas que lo componen, de la proporción de materiales solubles y de su grado de humedad.

El suelo se compone principalmente de óxido de silicio y óxido de aluminio que son buenos aislantes. La presencia de sales en estos óxidos reduce la resistividad.

Con el fin de mantener la humedad del terreno se recomienda utilizar un tratamiento químico con algún GEL, el cual tiene la propiedad de capturar y retener la humedad cerca de él.

Se tiene como costumbre utilizar sales para mejorar la resistividad del terreno, dicha práctica resulta poco recomendable ya que éstas se diluyen con la lluvia y producen una fuerte corrosión a los elementos del sistema de puesta a tierra (electrodos).

Constitución del suelo.

Debido a que no hay una definición de los tipos de suelos no se puede dar un valor exacto de la resistencia a un suelo determinado, sin embargo se han podido recopilar algunos valores que están consignados en la tabla No.1, que en condiciones normales de humedad pueden servir de referencia:

Tipo de sueloResistividad (ohmios/metro)Lama5 a 100Humus10 a 150Arcillas80 a 330Tierra de jardín140 a 480Caliza fisurada500 a 1000Caliza compacta1000 a 5000Granito1500 a 10000Arena común3000 a 8000

La humedad y salinidad del suelo.

La resistividad del suelo generalmente es inversamente proporcional a la humedad del terreno, aunque si la salinidad del terreno es baja o si se encuentra a muy baja temperatura (congelada)se puede tener una resistividad alta.

Esta cantidad de agua varía de acuerdo con el clima, la época del año, la temperatura, la naturaleza del suelo, la existencia de depósitos de agua subterránea, entre otros.

En general la humedad aumenta con la profundidad, y vale la pena anotar que es muy difícil encontrar suelos secos. (Donde se tiene menos del 40% de humedad).

La resistividad del agua está gobernada por las sales disueltas en ella, por lo cual se dice que la resistividad del suelo es influenciada por la cantidad y tipos de sales disueltos en ésta. (condición que se presenta para la electrólisis).

3.1.3 Compactación y presión del suelo.

Un suelo compacto presenta mayor continuidad y por lo tanto una menor resistividad. Un aumento de presión sobre el terreno da una mayor compactación y por lo tanto una menor resistividad.

Si la granulometría del suelo es mayor tiende a aumentar la resistividad dado que no permite la retención de agua y al haber menor contacto entre los granos hay una menor continuidad eléctrica.

3.1.4 Temperatura del suelo.

Como se ha establecido que la humedad ejerce una influencia en la resistividad del terreno, es fácil relacionar también la influencia de la temperatura sobre la resistividad.

Al tener aumentos de temperatura, se disminuye la humedad del terreno lo que nos da una resistividad mayor. Esto debe ser antes considerado y verificado puesto que la evaporación del agua puede ser sólo superficial. Para valores de temperatura bajo cero se tendrá también un aumento de la resistividad ya que el hielo tiene una alta resistividad eléctrica.

Métodos y dispositivos para la medición de resistividad del suelo.

Uno

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