Por la importancia de los sistemas de puesta a tierra, es necesario conocer la mayor cantidad de factores que hacen variar la resistencia del sistema. Algunos de estos factores pueden ser: las condiciones climatológicas, estratigrafía, compactación del terreno, características físicas del electrodo de conexión a tierra, etc.

Otro aspecto importante que se menciona en este trabajo son las características que debe tener el conductor de sistema a tierra, como son: la sección transversal, longitud, material, etc.

1. Concepto

La puesta a tierra corresponde al conjunto de electrodos y partes conductoras que en contacto con tierra, permiten drenar hacia ésta, todas las corrientes de falla, peligrosas para la integridad de las personas y de los equipos electrónicos. La conexión a tierra eficaz conduce la electricidad indeseable hacia tierra alejando el peligro en forma segura.

2. ¿Por qué es importante su instalación?

Ante las posibles fallas de aislamiento de los conductores en algunos equipos eléctricos, se corre el riesgo de que la cubierta metálica de éstos quede con tensión eléctrica. El contacto directo con un equipo electrizado puede producir en el ser humano desde alteraciones del ritmo cardíaco hasta la muerte. La conexión a tierra eficaz conduce la electricidad indeseable hacia tierra alejando el peligro en forma segura. La cubierta metálica ("shield"), o apantallamiento puesto a tierra, es usual en muchas líneas de transmisión de la información, porque protege a los equipos electrónicos contra perturbaciones electromagnéticas. También sirve como referencia de las señales en un equipo electrónico y para eliminar las diferencias de potencial entre diferentes componentes de un sistema de comunicaciones o control automático. Todas estas y otras aplicaciones merecen un tratamiento singular y, por lo tanto, otros artículos que profundicen en ellas.

3. Finalidad De Las Puestas A Tierra

Los objetivos principales de las puestas a tierra son:

a. Obtener una resistencia eléctrica de bajo valor para derivar a tierra Fenómenos Eléctricos Transitorios (FETs.), corrientes de fallas estáticas y parásitas; así como ruido eléctrico y de radio frecuencia.

b. Mantener los potenciales producidos por las corrientes de falla dentro de los límites de seguridad de modo que las tensiones de paso o de toque no sean peligrosas para los humanos y/o animales.

c. Hacer que el equipamiento de protección sea más sensible y permita una rápida derivación de las corrientes defectuosas a tierra.

d. Proporcionar un camino de derivación a tierra de descargas atmosféricas, transitorios y de sobretensiones internas del sistema.

e. Ofrecer en todo momento y por el tiempo de vida útil del SPAT (±20 años) baja resistencia eléctrica que permita el paso de las corrientes de falla.

f. Servir de continuidad de pantalla en los sistemas de distribución de líneas telefónicas, antenas y cables coaxiales.

4. Conceptos Fundamentales En Estudios De Resistividad

Las corrientes eléctricas que nos interesan no recorren conductores lineales (hilos y cables) como en las instalaciones y aparatos eléctricos usuales, sino que se mueven en un medio tridimensional por lo que debemos estudiar las leyes físicas a las que obedecen estas corrientes.

Para hacer el problema fácilmente abordable desde el punto de vista matemático, habremos de estilizar las condiciones reales, suponiendo que el subsuelo se compone de varias zonas, dentro de cada una de las cuales la resistividad suponemos constantes separadas entre sí por superficies límite perfectamente planas. A pesar de esta simplificación, el problema es matemáticamente muy difícil y solo ha sido resuelto en casos muy sencillos.

A continuación la tabla de tipos de suelos con sus respectivas resistividades.

4.1. Influencia De La Humedad

La resistividad del suelo sufre alteraciones con la humedad. Esta variación ocurre en virtud de la activación de cargas eléctricas predominantemente iónicas por acción de la humedad, un porcentaje mayor de humedad hace que las sales presentes en el suelo o adicionadas a propósito se disuelvan formando un medio electrolítico favorable al paso de la corriente iónica. Así mismo un suelo específico con concentración diferente de humedad presenta una gran variación de su resistividad, siendo por lo tanto muy susceptible de los cambios estacionales.

4.2. Compactación

La compactación de un suelo a condiciones naturales, es la atracción que ejerce la gravedad con toda materia existente, habiéndose logrado una agregación de materiales a través del tiempo en forma intima entre ellos, quedando por lo tanto pocos espacios sin ocupar.

Cuando se hacen trabajos de excavación todo este entramado natural se rompe y al volver a llenarse las excavaciones en forma manual nos queda material aparentemente sobrante; lo ideal seria que con el cuidado necesario se logre regresar todo el material a su estado anterior para lograr así una compactación deseable que permita el firme contacto de los electrodos con el suelo y sales agregadas que permita una circulación de corrientes de falla en forma fluida.

5. Métodos Para La Reducción De La Resistencia Eléctrica

Existen distintos métodos para lograr la reducción de la resistencia eléctrica, aunque todos ellos presentan un punto de saturación que es conveniente conocer para evitar diseños antieconómicos. Los métodos para la reducción son los siguientes:

ü El aumento del número de electrodos en paralelo

ü El aumento de la distancia entre ejes de los electrodos

ü El aumento de la longitud de los electrodos.

ü El aumento del diámetro de los electrodos

ü El cambio del terreno existente por otro de menor resistividad.

ü El tratamiento químico electrolítico del terreno.

6. Tratamiento Químico Del Suelo

El tratamiento químico del suelo surge como un medio de mejorar y disminuir la resistencia eléctrica del SPAT sin necesidad de utilizar gran cantidad de electrodos.

Para elegir el tratamiento químico de un SPAT se deben considerar los siguientes factores:

ü Alto % de reducción inicial

ü Facilidad para su aplicación

ü Tiempo de vida útil (del tratamiento y de los elementos del SPAT)

ü Facilidad en su reactivación

ü Estabilidad (mantener la misma resistencia durante varios años)

Las sustancias que se usan para un eficiente tratamiento químico deben tener las siguientes características:

ü Higroscopicidad -Alta capacidad de Gelificación

ü No ser corrosivas -Alta conductividad eléctrica

ü Químicamente estable en el suelo -No ser tóxico

ü Inocuo para la naturaleza

7. Tipos De Tratamiento Químico

Existen diversos tipos de tratamiento químico para reducir la resistencia de un SPAT los más usuales son:

ü Cloruro de Sodio + Carbón vegetal

ü Bentonita

ü Thor-Gel

7.1. Cloruro de Sodio + Carbón Vegetal

El Cloruro de Sodio forma una solución verdadera muy conductiva que se precipita fácilmente junto con el agua por efecto de la percolación, capilaridad y evapotranspiración; la solución salina tiene una elevada actividad corrosiva con el electrodo, reduciendo ostensiblemente su tiempo de vida útil, la actividad corrosiva se acentúa si el electrodo es de hierro cobreado (copperweld).

7.2. Bentonita

Las bentonitas constituyen un grupo de sustancias minerales arcillosas que no tienen composición mineralógica definida y deben su nombre al hecho de haberse descubierto el primer yacimiento cerca de Fort Benton, en los estratos cretáceos de Wyoming en 1848; Aun cuando las distintas variedades de bentonitas difieren mucho entre sí en lo que respecta a sus propiedades respectivas, es posible clasificarlas en dos grandes grupos:

7.2.1. Bentonita Sódica

En las que el ion sodio es permutable y cuya característica más importante es una marcada tumefacción o hinchamiento que puede alcanzar en algunas variedades hasta 15 veces su volumen y 5 veces su peso.

7.2.2. Bentonita Cálcica

En las que el ion calcio es permutable, tiene menor capacidad para absorber agua y por consiguiente solo se hinchan en la misma proporción que las demás arcillas.

7.3. Thor-Gel

Es un compuesto químico complejo que se forma cuando se mezclan en el terreno las soluciones acuosas de sus 2 componentes. El compuesto químico resultante tiene naturaleza coloidal, formando una malla tridimensional, que facilita el movimiento de ciertos iones dentro de la malla, de modo que pueden cruzarlo en uno u en otro sentido; convirtiéndose en un excelente conductor eléctrico.

Ing. Duque Escobar

martes, 31 de mayo de 2011

Sistema puesta a tierra

INTRODUCCION