MEDIDA DE PARAMETROS ELECTRICOS APLICADOS A PUESTAS A TIERRA PUNTUALES

MEDIDA DE PARAMETROS ELECTRICOS APLICADOS A PUESTAS A TIERRA PUNTUALES

Mtodos de Medida de la Resistividad del Suelo.

RESUMEN

Antes de entrar directamente en materia, se examina rpidamente el comportamiento elctrico del suelo, a partir de sus principales caractersticas fsico-qumicas y morfolgicas que se asocian a sus aptitudes para la conduccin de corrientes elctricas, anotando tambin en forma referencial los rangos de variacin de la Resistividad natural tanto de los diferentes tipos de suelo como de las aguas, luego de lo cual se aborda la descripcin de dos mtodos ms utilizados con sus respectivos alcances en relacin a la conformacin del suelo estratificado, para constituir la base de datos de campo con medidas idneas.

TERMINOS USUALES

Suelo: Sistema natural, resultado de procesos fsicos qumicos y biolgicos, con componentes principalmente minerales y slidos inertes que le dan estabilidad, y adicionalmente Lquidos y Gases que definen su comportamiento elctrico.

Tierra: Suelo local de una instalacin elctrica con la que interacta con un comportamiento conductivo natural insuficiente, y requiere de tratamientos e instalaciones complementarias de Puesta a Tierra, cuando se prev una conexin a Tierra.

Suelo Homogneo: Condicin ideal (terica) de un suelo isotrpico y de profundidad infinita (un solo estrato) que puede ser representado por un solo valor de Resistividad, cualquiera que fuere la profundidad del sondeo de las medidas.

Suelo Estratificado: Condicin real de los suelos conformados por estratos de diferente Resistividad y espesor, su formacin obedece a los fenmenos geolgicos naturales. Para Puestas a Tierra interesan, principalmente, los estratos Superficial y Subyacente.

Resistividad del Suelo: Representa la Resistencia Especfica del suelo a cierta profundidad, o de un estrato del suelo; se le obtiene indirectamente al procesar un grupo de medidas de campo, su magnitud se expresa en (Ohm-m) o (Ohm-cm), es la inversa de la Conductividad.

Resistividad Equivalente: Es la resistividad obtenida con una medida indirecta, bajo las condiciones que impone un electrodo explorador introducido en el suelo natural, solo es representativo de un valor promedio aproximado a veces poco inconsistente, hasta la profundidad de dicho electrodo.

Resistividad Aparente: Es la resistividad obtenida con una medida directa en el suelo natural, bajo el esquema geomtrico especificado por el mtodo de (4) electrodos, aplicado con circuitos independientes de corriente y potencial, solo es representativo de un punto de la caracterstica del suelo estratificado.

Sondeo Geoelctrico: Medida de la Resistividad Aparente del Suelo estratificado, aplicando el principio de Cada de Potencial con un mtodo y distancias especificadas para una relacin ms o menos aproximada con la profundidad de la exploracin (mtodo WENNER: a = Profundidad media)

Resistencia Mutua: Fenmeno Resistivo que aparece entre electrodos de Puesta a Tierra o puntos prximos en el suelo, mediante el cual, la corriente que se dispersa a travs de uno de ellos, modifica el potencial del otro; su unidad es el (Ohm).

Tierra Remota: Tambin denominada Tierra de Referencia, es el lugar o la zona de mnima Resistencia, ms prxima del suelo subyacente a una instalacin elctrica o a una Puesta a Tierra, respecto de las cuales se le atribuye por convencin el Potencial cero.

1.- Introduccin

2.- Comportamiento Elctrico del Suelo

3.- Medida de la Resistividad del Suelo

4.- Ejecucin de medidas de Resistividad

5.- Condiciones para las Medidas de Resistividad del Suelo

6. DESCARGAS ATMOSFRICAS [5.4] y [5.12].

7.- Conclusiones

1.- INTRODUCCION

Releva la influencia del suelo en el funcionamiento de todos los sistemas elctricos, identificndolo con la Tierra, cuya ilimitada capacidad de recepcin, conduccin y dispersin de corrientes elctricas, permiten atribuirle la necesaria referencia de Potencial cero, por donde se pueden cerrar los circuitos de evacuacin o de concentraciones de carga o aparicin de corrientes, asegurando la seguridad de las personas, los animales y los aparatos de Baja Tensin.

Segn ello, el modelo bsico para su aplicacin, considera al suelo inicialmente como un medio homogneo, que reproduce los fenmenos del Campo Elctrico conservativo, a partir de cuyo desarrollo bajo condiciones establecidas, se define el principio de cada de Potencial para la ejecucin de las medidas directas de campo, de Resistividades, Resistencias de Dispersin y Potenciales de Toque y de Paso; entre ellas, la primera se considera imprescindible para los estudios de Diseo, Diagnstico y Correccin de Puestas a Tierra, dado que la identificacin de dicho parmetro slo a partir de las caractersticas fsicas del suelo no es confiable; existen varios mtodos de medida, se examinarn los dos ms utilizados.

2.- COMPORTAMIENTO ELECTRICO DEL SUELO

Los suelos tienen conformacin estratificada, con capas superpuestas de caractersticas conductivas propias (Fig 1) que obedecen a los procesos de meteorizacin, transporte y acumulacin de productos slidos a travs de las edades Geolgicas; cuando son planos son gruesos y laminares (Litoral Costero, Selva Baja), y cuando son accidentados son delgados e irregulares (Sierra, Selva Alta).

Fig 1. Perfil Geogrfico Centro Occidental de la Formacin del Suelo

2.1. Caractersticas de los Suelos

Su composicin es diversa y compleja segn el sitio, la cobertura superficial limtrofe con la atmsfera, contiene y/o favorece formas de vida. Entre ms de 90 elementos caracterizados, predominan 8, de los cuales el (02) con el Silicio (Si) y el Aluminio (Al) en forma de xidos hidratados, constituyen entre el 70% al 80% de la masa total, seguida de xidos de Fierro (Fe) y Magnesio (Mg) y compuestos de Calcio (Ca), Sodio (Na) y Potasio (K), y otros en forma de pequeos porcentajes de sales solubles (entre 0.05% y 2.0%), con promedios de humedad pequeos (15%) en suelos arcillosos hmedos.

2.2. La Conduccin Elctrica del Suelo

Normalmente no son buenos conductores de la electricidad, sin embargo, la dispersin de la corriente permite una capacidad de conduccin aceptable que tambin es de naturaleza Electroltica y/o Electroqumica, y depende principalmente de la porosidad del material, que contiene la humedad y las sales solubles, y acompaa en menor o mayor grado a otras caractersticas como la granulometra, la compactacin y la temperatura que controlan su conductividad, especialmente tratndose de los estratos superficiales donde las corrientes por encima de (10 A) ocasionan su desecamiento por Efecto Joule y el incremento local de la Resistividad.

Tipo de Suelo (Ohm-m)

Limos, Arcillas, Suelo Vegetal y de Cultivo10 - 100

Tierra Fina, Turbas, Concreto Hmedo(suelo)100 - 300

Tierra Aluvial, Arenas firmes, suelo seco300 - 800

Arena Elica, Lecho de Ro, Cascajo800 - 3000

Rocas Estratificado, Fracturadas, Monolticas3000 - 10000

Suelos de Feldespatos, Micas, Cuarzos5000 - 30000

Concreto Normal Exterior (seco)10000 - 50000

Tabla 1. Resistividades Referenciales de Suelos Naturales Genricos

La evaluacin elctrica de los suelos, se hace en base a medidas de Resistividad, cuya unidad (Sistema Internacional) es el ( Ohm-m ); al respecto la informacin geolgica propone tablas genricas con rangos referenciales, tanto para suelos (Tabla 1) como para las aguas que los recargan (Tabla 2); de otro lado, disponiendo de una muestra representativa, tambin se hacen medidas de Laboratorio, en ambos casos los datos obtenidos no siempre son correctos; adicionalmente, tambin se suele disponer de datos en ( ms/cm ) para la Conductividad de las aguas y de los suelos; en ste ltimo caso dicho parmetro corresponde a una solucin de 20 gramos de muestra disuelta en 100 cc de agua destilada y no al suelo natural.

En definitiva, solo es segura la medida de campo, con todas las previsiones que permitan mnimos errores.

Tipo de Agua (Ohm-m)

Metericas (lluvia atmsfera limpia)800 - 1200

Metericas (lluvia atmsfera industrial)30 - 400

Superficiales Puras (filtraciones del suelo) 3000

Superficiales Salobres (mar y minerales) 0.1

De Anomalas Geotrmicas0.03 - 0.3

Estancadas30 - 150

Filtraciones Rocosas30 - 1000

Tabla 2. Resistividades Referenciales de Aguas Naturales Genricas

3.- MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

De acuerdo con el principio de Cada de Potencial, todo esquema de medidas desde la superficie del suelo, implica la inyeccin de una corriente (I), que penetrando a cierta profundidad, circular entre dos puntos del suelo de Resistividad (), creando un espectro de superficies equipotenciales en la que es posible establecer una diferencia de potencial (Vs) entre otros puntos diferentes, cuya ubicacin es determinante para la medida de la Resistividad del suelo estratificado.

3.1. Disposicin de Medidas-Mtodo Simplificado

Se trata de la medida de la Resistividad Equivalente del suelo natural, basada en la medida directa, de la Resistencia absoluta ( Ro ) con la que se dispersa en forma radial una Corriente ( I ), a partir de un electrodo de forma hemisfrica y Radio ( ro ) enterrado en el suelo natural, de Resistividad Equivalente ( req ), tomando como referencia otro electrodo suficientemente alejado, tal que la Resistencia Mutua entre ellos sea cero.

Esquema de Medidas de Campo

El nico electrodo que puede ser introducido en el suelo (Fig 2), sin alterar el comportamiento elctrico natural de este, es una varilla vertical (Electrodo Piloto) de dimetro (d) que puede ser clavada hasta una profundidad ( l ); entonces; conociendo la expresin analtica de su Resistencia de Dispersin ( Rd ) en funcin de sus dimensiones geomtricas, se halla ( Ro ) al resolver

Ro=Rd

Fig. 2. Disposicin de los Circuitos de Medida Mtodo Simplificado con Electrodo Piloto

Se tendr especial cuidado en dotar al Electrodo de Medida ( C ) del circuito de Corriente, de la mnima Resistencia de contacto con el Suelo, si es posible mediante un tratamiento local; el Electrodo del circuito de Potencial ( P ), puede ser clavado a ( 0.2m ) de profundidad humedeciendo el agujero gua (en suelo seco).

La longitud de los circuitos de medida, se determina con el concepto de Zona de Influencia de mnima Resistencia Mutua que puede ser del Orden del 3% es decir ( ro / rp = 0.03 )

Ejemplo:

- Longitud del Electrodo enterrado:

l 1.5 m ( ro = 0.22 m )

- Zona de Mnima Resistencia Mutua:

ro/rp= 0.03 ( rp= 7.55 m )

- Longitud del Circuito de Corriente:

rp = 0.618rd ( rd = 12.21m )

Medidas y Resultado de las Medidas

La medida siempre se har en suelo natural, sin cobertura de hierba fresca o humedad de riego reciente, ni instalaciones subterrneas prximas; se podr utilizar un instrumento porttil de 3 o de 4 bornes que entrega directamente el valor de ( Ro ); los circuitos de medida tanto de Corriente ( EC ) como de Potencial ( EP ), pueden tener directrices diferentes, formando un ngulo cualquiera (