DISEÑO DE SISTEMAS DE TIERRA

PARTE 5

Uno de los factores más importantes a considerar en el diseño de sistemas de tierra es la llamada resistividad del suelo, ya que es requisito conocerla para calcular y diseñar la puesta a tierra.

POR ING. HERNÁN HERNÁNDEZ

La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste para conducir electricidad, también conocida como resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que éstos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se denomina Resistividad Aparente, que para el interés de este trabajo será conocida simplemente como Resistividad del Terreno.

En la NOM-022-STPS se define el término resistividad como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un cubo de terreno de un metro por lado. De acuerdo con la NOM-008-SCFI su representación dimensional debe estar expresada en Ohm-m, cuya acepción es utilizada internacionalmente.

La Resistividad del Terreno varía ampliamente a lo largo y ancho del globo terrestre, estando determinada por:

Sales solubles

La resistividad del suelo es determinada principalmente por su cantidad de electrolitos; esto es, por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas.

Como ejemplo, para valores de 1% (por peso) de sal común (NaCl) o mayores, la resistividad es prácticamente la misma, pero para valores menores de esa cantidad, la resistividad es muy alta.

Composición propia del terreno

Depende de la naturaleza del mismo. Por ejemplo, el suelo de arcilla normal tiene una resistividad de 40 a 500 Ohm-m por lo que una varilla electrodo enterrada 3 m tendrá una resistencia a tierra de 15 a 200 Ω respectivamente.

En cambio, la resistividad de un terreno rocoso es de 5000 Ohm-m o más alta, y tratar de conseguir una resistencia a tierra de unos 100Ohm o menos con una sola varilla electrodo es virtualmente imposible.

Estratigrafía

El terreno obviamente no es uniforme en sus capas. En los 3 m de longitud de una varilla electrodo típica al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos. Más adelante se mencionarán ejemplos de diferentes perfiles de resistividad donde se muestra ese fenómeno.

Granulometría

La porosidad y el poder retenedor de humedad de los materiales influye en la calidad del contacto del suelo con los electrodos. La resistividad aumenta proporcionalmente a mayor tamaño de los granos de la tierra. Por esta razón la resistividad de la grava es superior a la de la arena y ésta -a su vez- es mayor que la de la arcilla.

Estado higrométrico

El contenido de agua y la humedad influyen en forma apreciable. Su valor varía con el clima, época del año, profundidad y el nivel freático. Como ejemplo, la resistividad del suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a menos del 15% del peso de éste. Pero, un mayor contenido de humedad del 15% mencionado, causa que la resistividad sea prácticamente constante. Y, puede tenerse el caso de que en tiempo de secas, un terreno puede tener tal resistividad que no pueda ser empleado en el sistema de tierras. Por ello, el sistema debe ser diseñado tomando en cuenta la resistividad en el peor de los casos.

Temperatura

A medida que desciende la temperatura aumenta la resistividad del terreno; el aumento se nota aún más al llegar a 0° C. A mayor cantidad de agua en estado de congelación, el movimiento de los electrolitos es menor, lo cual influye directamente en la resistividad del suelo.

Compactación

La resistividad del terreno disminuye al aumentar la compactación del mismo. Por ello, se procurará siempre colocar los electrodos en los terrenos más compactos posibles.

MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad y grueso de la roca en estudios geofísicos, así como para encontrar los puntos óptimos para localizar la red de tierras de una subestación, sistema electrónico, planta generadora o transmisora de radiofrecuencia.

Asimismo, puede ser empleada para indicar el grado de corrosión de tuberías subterráneas. En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión.

La resistividad del terreno puede obtenerse mediante toma de muestras directas, o mediante el uso de instrumentos de medición.

MÉTODO DE TOMA DE MUESTRAS DIRECTAS

Para medir la resistividad del suelo se utiliza un equipo llamado telurómetro, terrómetro o Megger de tierras.

Estos equipos inyectan una corriente de frecuencia diferente a 60 Hz para evitar medir voltajes y corrientes de ruidos eléctricos. Por ejemplo, si estamos cerca de una subestación o de una línea en servicio, y vamos a realizar mediciones de resistividad y resistencia de tierra, con un aparato de 60 Hz, dichos sistemas van a inducir corrientes por el suelo debido a los campos electromagnéticos de 60 Hz y darán una lectura errónea. De igual manera sucede cuando los electrodos de prueba están mal conectados o tienen falsos contactos, darán señales falsas de corriente y tensión. Si hay corrientes distintas a las que envió el aparato, éste leerá otras señales de tensión y corriente que no son las adecuadas.

Un aparato inteligente lleva conductores blindados, coaxiales, tiene sistemas de filtraje, de análisis y mide lo que halla, pero esa información la analiza, la filtra y luego la deduce. Por ejemplo, para hacer una medición manda una señal de 100 Hz y mide; luego manda otra señal de 150 Hz y vuelve a medir; y puede seguir enviando otras altas frecuencias hasta que los valores van siendo similares, forma una estadística y obtiene un promedio.

Para usar este equipo se requieren 4 carretes de cable, de calibre 14 AWG, 4 electrodos (picas) de material de la dureza suficiente para ser hincados en la tierra con marro. Los de acero son de una longitud aproximada de 60 cm y un diámetro de 16 mm. Además de lo anterior es necesario contar con una cinta métrica.

Estos equipos cuentan con cuatro terminales: 2 de corriente (C1, C2) y 2 de potencial (P1, P2) que están marcadas en el aparato C1 P1 P2 C2. Antes de realizar mediciones, al igual que todos los equipos que usamos para medición, deben estar certificados y calibrados con una resistencia patrón.

Para obtener una lectura promedio del sitio se deben hacer mediciones en un sentido, en otro a 90 grados del primero, y en el sentido de las diagonales.

En la medición de resistividad de un terreno es común encontrar valores muy dispares causados por la geología del terreno. Es una práctica común eliminar los valores que estén 50% arriba o abajo del promedio aritmético de todos los valores capturados.

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