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ENCABEZAMIENTO NOMBRE DE LA MEDICIONES E INSTRUMENTACIÓN ASIGNATURA: CÓDIGO: 21253 SEMESTRE: 2020-1 3 HORAS SEMANALES HORARIO: MARTES 15:30 a 18:30 INTENSIDAD HORARIA: Narciso Castro Charris DOCENTE: [email protected] CORREO: CELULAR: 311 6762533 INTEGRANTES FECHA DE LA PRACTICA:28/04/2020

PRACTICA No:9

TITULO DE LA PRACTICA: MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO (ρ Earth) – (TELUROMETRO) No. NOMBRES Y APELLIDOS 1 JHON JAIRO MACHACON BARRIOS 2 MAURICIO LOZADA CONTRERAS 3 KEVIN REBOLLEDO JIMÉNEZ 4 AARON BARROS VARGAS 5 ABELARDO SANTANA MERCADO 1. 1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA.

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FIRMA

Aprender a realizar mediciones de resistividad de terrenos y a conexionar el Telurómetro 1. CON BASE A LA PRÁCTICA DESARROLLADA RESPONDA LO SIGUIENTE:

Medición de Resistividad de terreno con Telurometro Distancia Profundidad de Medición del entre las picas en m Telurometro electrodos en ῼ/m (picas) en m 1

0.05m

57.0 ῼ/m

2

0.05m

39.4 ῼ/m

3

0.05m

34.8 ῼ/m

4

0.05m

19.93 ῼ/m

5

0.05m

22.3

Tabla 1: Medición de Resistividad terreno frente Labs Arquitectura

A) Con base a los resultados de la tabla 1 diseñe la curva de resistividad del terreno en prueba (ῼ) por distancia entre picas (m)

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B) De acuerdo a los datos de las curvas obtenida y la teoría investigada sobre resistividad de terrenos; ¿este es apto para un sistema de puesta a tierra? La composición del terreno, el contenido de humedad y la temperatura tienen un impacto en la resistividad del terreno. El terreno raras veces es homogéneo y la resistividad del terreno variará geográficamente y a diferentes profundidades. El contenido de humedad cambia con cada estación, varía de acuerdo con la naturaleza de las subcapas del terreno y la profundidad de la napa freática permanente. Dado que el terreno y el agua son generalmente más estables a estratos más profundos, se recomienda colocar las varillas de puesta a tierra tan profundo como sea posible en la tierra, de ser posible, en la napa freática. Asimismo, deben instalarse las varillas de puesta a tierra donde exista una temperatura estable; es decir, debajo de la línea de congelamiento.[1]

Si la distancia enterrada (B) es pequeña comparada con la distancia de separación entre electrodos (A). O sea A > 20B, la siguiente fórmula simplificada se puede aplicar:

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La resistividad obtenida como resultado de las ecuaciones representa la resistividad promedio de un hemisferio de terreno de un radio igual a la separación de los electrodos. Lo ideal es que una conexión a tierra tenga una resistencia de 0 Ohmios. No hay ningún umbral de resistencia de tierra estándar que se haya reconocido de manera unánime por parte de todas las agencias normativas. No obstante, la NFPA y el IEEE recomiendan un valor de resistencia de tierra de 5,0 Ohmios o menos. El NEC indica que es necesario “asegurarse de que la impedancia del sistema a tierra sea menor de 25 Ohmios, tal y como se especifica en la norma NEC 250.56. En instalaciones con equipos sensibles, debería ser de 5,0 Ohmios o menos”.[1]

Tabla.II algunos valores de resistividad del terreno

Debido a las medidas obtenidas durante la prueba se puede determinar que el terreno es apto para instalar una puesta a tierra. c) Investigue en biblioteca de la universidad (bases de datos) y responda porque es importante medir la resistividad de un terreno? ¿cuál es el propósito de dicha medida? y describa otros tipos de mediciones de resistividad de terrenos, realice diagramas de conexiones de las mediciones investigadas sobre mediciones en

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bases de datos CUC. R/ 

¿porque importante medir la resistividad de un terreno?

R/ La resistividad del terreno es fundamental para el diseño de una red de puesta a tierra, pues es el factor más importante en la determinación del valor de resistencia que se desea obtener, de la profundidad a la cual deben ser enterrados sus electrodos y del impacto que tiene en la corrosión. 

¿cuál es el propósito de dicha medida?

R/ Su medida permite conocer la capacidad del terreno para conducir la corriente eléctrica. Por lo tanto, cuanto más débil sea la resistividad, más débil será la resistencia de la toma de tierra construida en este lugar. La resistividad es muy variable según las regiones y la naturaleza de los terrenos. Las medidas de resistividad eléctricas de terreno tienen variadas aplicaciones prácticas entre las que se cuentan, la determinación geotécnica de los terrenos de una manera rápida, sencilla y económica, además de servir como referente al momento de diseñar y construir puestas a tierra tanto en aplicaciones industriales, como en lugares residenciales, las cuales proveen de un camino alternativo al cuerpo humano, en caso de cortocircuito, a tierra. También es posible determinar la existencia de materiales enterrados en el suelo, desde tubos soterrados en el terreno hasta determinar la presencia. 

describa otros tipos de mediciones de resistividad de terrenos, realice diagramas de conexiones de las mediciones investigadas sobre mediciones en bases de datos CUC.

R/ Medida de tierra de 3 polos llamada método del 62 % Este método requiere el uso de dos electrodos (o “picas”) auxiliares para permitir la inyección de corriente y la referencia de potencial 0 V. La posición de dos electrodos auxiliares, con respecto a la toma de tierra a medir E(X), es determinante. Para realizar una medida correcta, la “toma auxiliar” de referencia de potencial (S) no tiene que estar clavada en las zonas de influencia de las tierras E y H, creadas por la circulación de la corriente (i). Estadísticas de campo han demostrado que el método ideal para garantizar la mayor precisión de medida consiste en colocar la pica S a 62 % de E en la recta EH. Conviene luego asegurarse de que la medida no varía o poco moviendo la pica S a ±10 % (S’ y S”) a cada lado de su posición inicial en la recta EH. Si la medida varía, significa que (S) se encuentra en la zona de influencia. Se debe por lo tanto aumentar las distancias y volver a realizar las medidas.

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Ejemplo: Medida a diferentes distancias de R1 a R9 de 10 a 90 % de la distancia SH.

Figura 1: resultados de la prueba.

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El método de medida en triángulo (dos picas) Este método requiere el uso de dos electrodos auxiliares (o “picas”). Este método se utiliza cuando el método descrito anteriormente no puede aplicarse (no se puede conseguir una alineación o un obstáculo impide un alejamiento suficiente de H). Consiste en: • clavar las picas S y H al igual que la toma de tierra E, formando las picas S y H un triángulo equilátero, • efectuar una primera medida colocando S por un lado, luego una segunda medida colocando S por el otro lado. Si los valores obtenidos son muy diferentes, la pica S se encuentra en una zona de influencia. Se debe por lo tanto aumentar las distancias y volver a realizar las medidas. Si los valores obtenidos son próximos, a unos pocos %, puede considerarse que la medida es correcta. Sin embargo, este método proporciona resultados inciertos. En efecto, aun cuando los valores obtenidos son próximos, las zonas de influencia pueden confundirse. Para asegurarse de ello, vuelva a realizar las medidas aumentando las distancias.

Figura 2: El método de medida en triángulo (dos picas).

La medida de tierra por método de 4 polos La medida de tierra de 4 polos se basa en el mismo principio que la medida de 3 polos, pero con una conexión adicional entre la tierra a medir E y el instrumento de medida. Así, este método permite obtener una mejor resolución (10 veces mejor que la medida 3 P) y librarse de la resistencia de los cables de medida. Esta función es ideal para las medidas de resistencia de tierra muy débiles y, por consiguiente, conviene especialmente para los transportistas y distribuidores de energía

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que necesitan medir resistencias de tierra de pocos ohmios.[2]

Figura 3: medida de tierra por método de 4 polos.

MÉTODO DE SCHLUMBERGER 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, 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.

Figura 3: Configuración de Schlumberger

Con este método la resistividad está dada 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

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resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas.[3] Método de Wenner El método de los cuatro puntos de Wenner es el método más preciso y popular. Son razones para esto que: el método obtiene la resistividad del suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas profundidades; no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas; los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares o los huecos creados para hincarlos en el terreno.  El método consiste en enterrar pequeños electrodos tipo varilla, en cuatro huecos en el suelo, a una profundidad “b” y espaciados (en línea recta) una distancia “a” como se ilustra en la figura 4.

Una corriente “I” se inyecta entre los dos electrodos externos y el potencial “V” entre los dos electrodos internos es medido por el instrumento.  El instrumento mide la resistencia (R =V/I) del volumen de suelo cilíndrico de radio “a” encerrado entre los electrodos internos.  La resistividad aparente del suelo ρ, a la profundidad “a” es aproximada por la siguiente ecuación:

Dado que en la práctica la distancia “a” es mucho mayor que la profundidad de enterramiento “b”, la ecuación se simplifica de la siguiente manera:

Para determinar el cambio de la resistividad del suelo con la profundidad, el espaciamiento entre electrodos se varía desde unos pocos metros hasta un espaciamiento igual o mayor que la máxima dimensión esperada del sistema de puesta a

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tierra (por ejemplo, la mayor distancia posible entre 2 puntos de una malla, o la profundidad de las varillas). El espaciamiento “a” del electrodo se interpreta como la profundidad aproximada a la cual se lee la resistividad del suelo.  Para caracterizar la variación de la resistividad del suelo dentro de un área específica, se deben realizar varios grupos de medidas (perfiles) en diferentes direcciones.  Diferentes lecturas tomadas con varios espaciamientos alineados dan un grupo de resistividades (perfil), que cuando son graficadas contra el espaciamiento, indican si hay capas diferentes de suelo y dan una idea de su respectiva profundidad y resistividad. La figura 5 ilustra este concepto.[3]  Método de medición de resistencia de una varilla (variación con la profundidad)

También conocido en la  norma ANSI/IEEE Std 811983 como el  Método de la  Variación de Profundidad (variation of depth method),  consiste en medir la resistencia de puesta a tierra de un electrodo tipo varilla y, basados en la ecuación de resistencia a tierra de un electrodo vertical en un suelo homogéneo y los datos geométricos de la varilla, derivar la resistividad del suelo. Se asume como en los métodos anteriores, que el terreno es homogéneo.

Donde: p: Resistividad del terreno L: longitud del electrodo a: radio del electrodo R: valor de resistencia leído por el equipo El procedimiento comúnmente aplicado es el de disponer una varilla metálica con marcaciones cada 20 o 30 cm, y cuya longitud debe ser la suficiente como para obtener la mayor información posible del la variaciones de la resistencia leída a medida que penetra la varilla en la tierra (lo que originó el  nombre de Método de la Variación de Profundidad),  es decir por cada marca se lee un valor  de resistencia y con la fórmula anterior se calcula la resistividad.  Este método solo se debe aplicar cuando no se disponga del  espacio  suficiente para utilizar los  métodos de Wenner o de SchlumbergerPalmer, pues la prospección es mucho menor, o en el caso de solo poder disponer de un telurómetro de tres electrodos.  Método de medición de resistencia de electrodos ya enterrados

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Si se está en un lugar donde ya se encuentra instalado un sistema de puesta a tierra y se desea modificar el existente o construir uno adicional, es posible, a partir de la configuración del electrodo enterrado, hallar el valor de la resistencia del sistema y calcular el respectivo valor de resistividad con la fórmula de resistencia que le corresponda. Solo es aplicable en configuraciones sencillas para las cuales exista una fórmula al menos aproximada de la resistencia de puesta a tierra (ver por ejemplo Dwight, 1936: 1325). El resultado que se obtiene por este método no es suficientemente confiable y sólo debe usarse como recurso “de emergencia”.[3]

2. CONCLUSIONES

Para poder instalar un sistema de puesta a tierra, es imprescindible conocer el valor de resistividad que tiene el terreno. Es importante conocer el valor de la resistividad del terreno para que el sistema de puesta a tierra sea eficiente. El valor de la resistividad de un terreno puede variar de acuerdo con ciertos factores Naturaleza, Cantidad de Sales, Tipo de suelo.

3. BIBLIOGRAFIA [1] “Principios, métodos de comprobación y aplicaciones.” [2] “Guía de la medición de tierra.” [3] “RESISTIVIDAD... TEORIA Y DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA. Roberto Ruelas.” [Online]. Available: https://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe70.html. [Accessed: 28-Apr-2020].