INFORME DE PRACTICA SISTEMA PUESTAS A TIERRA Daniel Pineda Rojas Universidad Distrital Francisco José de Caldas Bogotá D.C., Colombia
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Abstract- The present document aims to show the data
obtained in the measurement of resistivity of a particular terrain, this measurement was performed with four electrodes, connected in turn to a telurometer. In addition to such a procedure, a relationship between resistivity versus electrode separation distance is expected, and another relationship of resistance data versus electrode burial depth.
Index terms-Resistivity, resistance, electrodes, depth,
telurometer
I. INTRODUCCIÓN Resumen- El presente documento tiene como finalidad
mostrar los datos obtenidos en la medición de resistividad de determinado terreno, terreno, esta esta medición se realizó realizó con cuatro electrodos, conectados a su vez a un teluro metro. Además de dicho procedimiento se espera realizar una relación entre resistividad versus distancia de separación de electrodos, y otra relación de datos de resistencia versus profundidad de enterramiento de electrodo.
Palabras Claves- resistividad, resistencia, electrodos,
profundidad, telurómetro.
II. OBJETIVOS 1. Objetivo General Realizar la medición de resistividad y resistencia de un terreno determinado, mediante un Telurometro y electrodos adecuados para la medición de dicha variable. 2.
Objetivos Específicos Realizar la medición de resistividad por el método de Wenner Analizar los resultados obtenidos, de esta forma observar la relación de las variables Observar el comportamiento del terreno a mayor área de estudio
III. DESARROLLO DEL CONTENIDO A. Conceptos: Tierra y resistividad: El factor más importante de la resistencia a tierra no es el electrodo en sí, sino la resistividad del suelo mismo, por ello es requisito conocerla para calcular y diseñar la puesta a tierra de sistemas. sistemas. [1]
La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste, para conducir electricidad, es conocida además como la 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". [1] En la NOM-022-STPS-1999 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-1993, Su representación dimensional debe estar expresada en Ohm-m, cuya acepción es utilizada internacionalmente. Medición de 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. [1]
En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión. En este punto es necesario aclarar que la medición de la resistividad del terreno, no es requisito para hacer una malla de puesta a tierra. Aunque para diseñar un sistema de tierras de gran tamaño, es aconsejable encontrar el área de más baja resistividad para lograr la instalación más económica. [1] El perfil de la resistividad del suelo determinará el valor de la resistencia a tierra y la profundidad de nuestro sistema de puesta a tierra. Para medir la resistividad del suelo se requiere de un terrómetro (llamado en otros países: telurómetro) o Megger de tierras de cuatro terminales. Los aparatos de mayor uso, de acuerdo a su principio de operación, pueden ser de 2 tipos: del tipo de compensación de equilibrio en cero y el de lectura directa. [1] Los terrómetros deben inyectar una corriente de frecuencia que no sea de 60 Hz para evitar se midan voltajes y corrientes que no se deban al aparato sino a 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. [1] Método de d e Wenner: En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló la teoría de este método de prueba, y la ecuación que que lleva su nombre.
Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario insertar los 4 electrodos en el suelo. 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. El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la geometría del electrodo..
Fig.1: Disposición para método de Wenner
En la figura se observa esquemáticamente la disposición de los electrodos, en donde la corriente se inyecta a través de los electrodos exteriores y el potencial se mide a través de los electrodos interiores. La resistividad aparente está dada por la siguiente expresión:
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). La configuración, así como la expresión de la resistividad correspondiente a este método de medición se muestra en la figura.
Fig.2: Disposición para método de Schumbleger
Este método está dado por:
El método de Schlumberger 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.
Perfil de Resistividad: 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.
Fig.3: Perfil de Resistividad
IV. INSTRUMENTOS Método De Schumbleger: El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, ya que también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante,
Telurometro: Un telurómetro es un equipo profesional para efectuar mediciones en Sistemas de Puesta a Tierra en parámetros de voltaje y resistencia.
telurómetro genera una corriente conocida a través de las dos picas exteriores ‘C1’ y ‘C2’ y se mide la caída en el potencial de tensión entre las dos picas interiores ‘P1’ y ‘P2 ’, con esta información el telurómetro calcula el valor de resistividad. 2. Repetir el procedimiento anterior para distintas distancias y en por lo menos dos direcciones (N-S, E-W, SE-NW, SW NE).
Fig4: Telurometro
Electrodo: Es un conductor eléctrico utilizado para ha cer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc.
Fig.7: Medición método Wenner
3. Consignar los valores obtenidos del telurómetro.}
Fig.5: Electrodo
Varillas de Cobre: La varilla para puesta a tierra, posee excelente conductividad eléctrica, dureza y resistencia a la tracción. Es su mejor alternativa para conectar su instalación eléctrica al sub suelo y disipar la energía proveniente de descargas atmosféricas, sobretensiones internas, cargas estáticas y eventos de cortocircuito..
4. Realizar un análisis de los resultados obtenidos. Procedimiento para la medida de la resistencia de un sistema de puesta a tierra. 1.
Tomar las dimensiones de los electrodos a utilizar e implementar un sistema de puesta a tierra temporal en la configuración que se desee.
2.
Realizar la medición de la RPT por el método de caída de potencial, siguiendo el pr ocedimiento a continuación:
Fig.6: Varilla de Cobre
V. PROCEDIMIENTO
1. Como se muestra en la Figura 1, se deben colocar en el terreno cuatro electrodos en línea recta equidistantes entre ellos una distancia ‘a’. La distancia entre los electrodos debe ser al menos el triple del valor de la profundidad de enterramiento ‘b’ (entre 20 y 30 cm) de los electrodos. El
los electrodos de puesta a tierra.
diferentes distancias respecto al electrodo de puesta
a tierra. La ubicación del electrodo ‘C’ se define en función de las dimensiones del SPT a medir, de tal forma que se considere en el infinito.
una distancia igual al 61,8 % de la distancia a la que fue enterrado el electrodo ‘C’. 3.
Repetir el procedimiento para distintas profundidades de enterramiento de los electrodos.
4 5
282
210
246
314
216
265
Tabla 1: Resistividad en dos direcciones direcciones
Longitud Enterrada [m]
Resistencia [Ω]
0.1
321
0.2
235
0.3
195.1
0.4
163.4
0.5
153.12
0.6
142.3
Tabla 2: Resistencia del terreno, variando la longitu d de enterramiento
VII.
ANALISIS DE DATOS
Para los datos de la Tabla 1, se realiza un análisis grafico de la primera dirección:
Fig.8: Configuración de electrodos para medida de la RPT por el método de caída de potencial.
4.
Consignar los valores obtenidos del telurómetro.
Fig.9. Resistividad vs Separación.
De la Fig.9 se puede intuir que a mayor longitud de separación entre los electrodos y los electrodos de referencia se puede obtener mayor resistividad, lo cual significa que a mayo área de medición se obtendrá valores en magnitud más altos en resistividad. Para los datos de la Tabla 1, se realiza un análisis grafico de la primera dirección: 5.
Realizar un análisis de los resultados obtenidos.
VI. RESULTADOS Separación Resistividad ρ [Ωm] de electrodos Dirección (N[m] S)
Resistividad ρ [Ωm] Dirección (EW)
Resistivida d Promedio ρ [Ωm]
1
226
188.6
207.3
2
252
192.5
222.25
3
260
193.8
226.9
Fig.12. Resistencia vs Longitud Enterrada Fig.10. Resistividad vs Separación
De la Fig.10 se puede intuir que a mayor longitud de separación entre los electrodos y los electrodos de referencia se puede obtener mayor resistividad, lo cual significa que a mayo área de medición se obtendrá valores en magnitud más altos en resistividad. Para los datos de la Tabla 1, se realiza un análisis grafico de la primera dirección:
Fig.11. Resistividad Promedio vs Separación
De la Fig.11 se puede intuir que a mayor longitud de separación entre los electrodos y los electrodos de referencia se puede obtener mayor resistividad promedio, lo cual significa que a mayo área de medición se obtendrá valores en magnitud más altos en resistividad promedio. Para los datos de la Tabla 2, se realiza una relación entre Resistencia y profundidad enterrada de la barrila de cobre, como resultado se presenta la gráfica a continuación:
De la Figura 12 se puede observar que a mayor profundidad de enterramiento menor resistencia del terreno, esto se puede presentar debido a que entre más profundo se obtiene mayor humedad la cual es factor de conductividad eléctrica. Mediante el software Comsol, se introduce la resistividad como un parametro variable, y realizacndo una variacion de potencial entre la distanica de los electrodos electrodos se obtuvo un respuesta visual.
Fig.13. Líneas equipotenciales formadas alrededor de varilla de cobre
De la Figura 13 se puede observar las líneas equipotenciales formadas alrededor de la varilla de cobre, debido a la diferencia de tensión que se induce entre las cuatro varillas situadas para el sistema de puesta a tierra.
Fig.14. Superficie de flechas de Campo Eléctrico
De la Figura 14 se muestra la dirección de campo eléctrico, el cual corresponde al producido por las varillas de cobre, este campo nos permite observar el comportamiento del campo eléctrico en el terreno de estudio, donde anteriormente se ha construido el sistema de puesta a tierra.
VIII. CONCLUSIONES El factor climático es determinante en la obtención de datos de resistividad y resistencia en un sistema de puestas a tierra, esto pues la humedad puede aumentar la conductividad eléctrica. Es indispensable contar con herramientas de medición calibradas correctamente de forma anticipada, lo anterior para poder lograr una obtención de datos confiable y verídica. Antes de realizar la medición con el sistema de puesta a tierra, se recomienda realizar una simulación previa, esto para tener datos esperados, y poderos contrastar con los obtenidos. La medición de resistividad y resistencia del terreno por el método de Wenner es sencilla y de orientación fácil, pero es indispensable mantener a las personas de trabajo detrás del teluro metro, para obtener una correcta medida.
IX. CIBERGRAFIA Y BIBLIOGRAFIA [1]. http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe70.html [2].http://www.analfatecnicos.net/archivos/08.PuestaATierra. pdf [3].http://www.upv.es/electrica/material_tecno/Transparencia s_PDF/T3/tema3.pdf
