UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA E.A.P DE INGNERÍA ELÉCTRICA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE MEDIDAS ELÉCTRICAS II INFORME N°3 : MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO AUTOR: OCHOA GUEVARA GIANCARLO 10190234
CIUDAD UNIVERSITARIA, SEPTIEMBRE DEL 2015
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
EXPERIMENTO N°3:
MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO I.
OBJETIVO
Conocer el comportamiento del terreno desde un punto de vista eléctrico; como elemento encargado de disipar las corrientes de defectos que lleguen a través de los electrodos.
Estudiar los métodos de medición de resistividad de terreno como el método de Werner y el método de Sistema Simétrico (Sclumberg).
II. FUNDAMENTO TEÓRICO La medición de la resistividad del terreno es la razón más importante para los electricistas al diseñar sistemas de puesta a tierra. La resistividad es un factor determinante en el valor de resistencia a tierra que pueda tener un electrodo enterrado, puede determinar a qué profundidad debe ser enterrado el mismo para obtener un valor de resistencia bajo. La resistividad puede variar ampliamente en terrenos que tengan las mismas características, su valor cambia con las estaciones. La misma es determinada grandemente por el contenido de electrolitos, el cual consiste de humedad, minerales y sales disueltas. Un suelo seco tiene un alto valor de resistividad si no contiene sales solubles. La resistividad es también influenciada por la temperatura.
Método de Wenner Para la medición se disponen 4 electrodos en línea recta y equidistantes una distancia "a", simétricamente respecto al punto en el que se desea medir la resistividad del suelo, como se muestra posteriormente, el equipo de medida es un telurómetro de cuatro terminales, los electrodos externos son los de inyección de la corriente y los centrales los encargados de medir la caída de potencial (en función de la resistencia). El valor obtenido con la medición es sustituido en la expresión (1), obteniéndose un valor promedio de resistividad aparente a una profundidad equivalente a la distancia "a" entre los electrodos:
= 1+ 24 − √ −4 √ + Donde: a: Distancia entre electrodos en metros. b: Profundidad del electrodo en metros. R: Valor de resistencia obtenido en la medición con el telurómetro.
Medición de la Resistividad del Terreno
1
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
En relación a este método, deben tenerse presente los siguientes aspectos: La profundidad de sondeo es la comprendida entre la superficie del terreno y la profundidad a la cual la corriente se ha reducido a la mitad de su valor en la superficie, siendo esta profundidad de exploración aproximadamente de 0.75 "a". Elección de la profundidad de investigación: Cuanta mayor extensión vaya a ocupar el electrodo de tierra, mayor será la profundidad de exploración del suelo de cuyas características depende el SPT. Por otro lado, los potenciales en la superficie dependen principalmente de la resistividad de la capa superficial de terreno que se escoja, mientras que la resistencia de puesta a tierra no depende de ella.
(Esquema de conexión de método de Wenner con un telurómetro clásico de 4 terminales)
Criterios prácticos a tener en cuenta al medir la resistividad del terreno: a.
La profundidad de los electrodos no debe sobrepasar 30 cm.
b. Es conveniente que se realicen mediciones en diferentes direcciones para un mismo sondeo, por ejemplo de Norte a Sur y de Este a Oeste, debido a las características de anisotropía de los suelos. c.
Al elegir la profundidad de exploración no se recomiendan profundidades mayores a los 8 metros puesto que es muy difícil poder llegar con las tomas de tierra hasta esos niveles, esto implica separaciones inter electródicas hasta 11 metros.
d. No es conveniente que las mediciones se realicen donde existan tomas de tierra o tuberías, puesto que las mismas provocan que la corriente que se inyecta en el terreno tome otra trayectoria no deseada perturbando así el resultado. e.
Si se quiere conocer la resistividad existente en una puesta a tierra, es obligatorio realizar la medición en una zona cercana a la misma, con características similares y con la misma conformación geológica, a una separación igual o mayor a tres veces la separación de los electrodos.
Medición de la Resistividad del Terreno
2
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
f.
Al realizar las mediciones en las diferentes direcciones (Norte-Sur)(Este-Oeste), los valores de resistencia obtenidos para cada separación entre electrodos pueden ser promediados, no pueden ser promediados valores obtenidos con diferentes
METODO DE SCHLUMBERGER (METODO SIMETRICO)
Los cuatro electrodos, tipo barra corta, se ubican en línea recta, cada par (potencial y corriente) simétricamente ubicados con respecto al centro de medición elegido. Los electrodos se ubican a distancias relativamente grandes comparadas con la profundidad de enterramiento, de modo de suponerse a éstos como fuentes puntuales de corriente. Esta configuración conduce a la determinación de una «resistividad aparente», ρ, que se define como aquélla correspondiente a un terreno homogéneo en el cual, para la disposición dada de electrodos e igual magnitud de corriente inyectada al medio, se produce una misma elevación de potencial medida en el terreno no homogéneo. Siendo «s» la separación entre electrodos de potencial y «L» la distancia del centro de medición a cada electrodo de corriente, la resistividad aparente medida resulta: El comportamiento de “ρ” con la separación de los electrodos proporciona una guía para la determinación de las características de resistividad del terreno.
=2( 2 − 2) III. EQUIPOS E INSTRUMENTOS
TELUROMETRO COMPLETO (Incluyendo Picas-Jabalinas)
1 silla o soporte
Cincel
Medición de la Resistividad del Terreno
3
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
IV. PROCEDIMIENTO Para medid la resistividad del terreno de suelos seguir los siguientes pasos:
Werner 4.1 Clave en el terreno 3 jabalinas, bien alineadas y con separación constante “a” metros; en esta medición la distancia entre jabalina es crítica, ya que intervienen en el valor de la medición. 4.2 Las jabalinas de corriente se conectarán con el borne C y Cx, la jabalina de tensión se conectarán con el borne Px del telurómetro. 4.3 Presionar la escala adecuada y tomar el valor 4.4 Disminuir la distancia de separación de las 3 jabalinas de metro en metro.
Método simétrico El método consiste básicamente en clavar 3 electrodos, pero manteniendo las centrales fijos y variando apenas los de los extremos.
V. CUESTIONARIO 1. Presentar ordenadamente los datos obtenidos. Terreno:
Medición de la Resistividad del Terreno
4
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
TABLA N°1 METODO DE WENNER a
h
R
ρa
m
m
Ω
Ωm
1
4
3.00
360
9047.787
2
3
2.25
413
7784.867
3
2
1.50
399
5013.982
MEDIDA
Valores en el telurómetro RE
RS
RH
Ω
KΩ
KΩ
1
360
3
1
2
413
3
1
3
399
2
2
MEDIDA
TABLA N°2 METODO SIMÉTRICO
a
L
h
R
ρa
m
m
m
Ω
Ωm
1
2
10
5
286
12449.919
2
2
9
4.5
291
11344.967
3
2
8
4
291
10014.597
4
2
7
7.5
292
8702.699
5
2
6
3
292
7338.760
MEDIDA
Valores en el telurómetro RE
RS
RH
Ω
KΩ
KΩ
1
286
1
1
2
291
1
1
3
291
2
1
4
292
2
1
5
292
2
1
MEDIDA
Medición de la Resistividad del Terreno
5
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
2. ¿Cuáles son los instrumentos que sirven para medir la resistividad del terreno? El principal instrumento utilizado para la medición de resistividad de terreno es en “Terrómetro” o “Telurómetro” en sus distintas presentaciones y variaciones. Telurómetro Metrel MI 3123 4 Picas, dos de corriente y dos de voltaje Rango en Re: 0.01 - 50 KΩ
Telurómetro Megabras mtd 20.3 Fluke 3 Picas, dos de voltaje y uno de corriente Rango en Re: 0.01 - 5 KΩ
Terrómetro 990SRM Medidor práctico de bolsillo para medir la resistividad de la superficie y la resistencia a tierra. Rango de medición de 103 a 1012 Ω
Terrómetro GEO 416 Instrumento para medición de resistencia y resistividad de terreno con método voltamperimétrico con picas a 2 y 3 hilos. Rango en Re: 0.01 - 50 KΩ
Medición de la Resistividad del Terreno
6
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
3. Explicar las diferencias entre el método de Wenner y el método simétrico. Primero observamos que según el método de Wenner los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra. En cambio con el método Simétrico también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a).
El método Simétrico es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones como con el método Wenner. Se utiliza también cuando los aparatos de medición son poco inteligentes. Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas.
Medición de la Resistividad del Terreno
7
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
4. Cuáles son las condiciones para las medidas de parámetros eléctricos del suelo.
Resistividades Para obtener el perfil de resistividad en un punto dado, se utiliza el Método de Wenner con espaciamientos entre electrodos de prueba cada vez mayores. Por lo general, para cada espaciamiento se toman dos lecturas de resistividad en direcciones perpendiculares entre sí. La gráfica resultante de trazar el promedio de las mediciones de resistividad (R) contra distancia entre electrodos (a) se denomina perfil de resistividad aparente del terreno
Resistencias Se obtiene de acuerdo a la formula general implicando la resistividad, la longitud y el área del terreno.
VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Para un diseño adecuado de un SPAT es importante conocer y analizar la resistividad del terreno sobre el cuál se instalará el electrodo.
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.
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.
Para medir la resistividad del terreno tendremos que tener en cuenta los rangos establecidos para cada tipo de terrenos así como también los rangos de medición del instrumento que utilicemos en la medición
Medición de la Resistividad del Terreno
8
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
VII. BIBLIOGRAFIA
Puesta a Tierra en Instalaciones Eléctricas, Gilberto Enrique Harper. Puesta a Tierra en edificios y Residencias, Juan Martínez. Puesta a Tierra en Edificios y Residencias, José Toledano Gasca. IEEE 142-2007 Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. CNE 2011 Código Nacional del Perú Art 60. Norma técnica Peruana 370. 310 – 2013 Seguridad Eléctrica y mantenimiento a instalaciones/ Indecopi.
Medición de la Resistividad del Terreno
9
