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• Hector Quispe Erquinigo

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RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA. 1. OBJETIVO:  

Los sistemas de puesta a tierra son parte integrante de los sistemas de distribución de energía y son elementos de protección para personas, equipos e instalaciones eléctricas. Es importante reconocer los componentes que conforman un sistema de puesta a tierra, Su modo de aplicación y la verificación de los resultados proyectados.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO: 

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Se entiende como pozo de puesta a tierra a la conexión de un conductor eléctrico (electrodo) enterrado en el suelo con la finalidad de dispersar corrientes eléctricas y captar el potencial de referencia cero. Las cargas eléctricas pueden tener origen natural o atmosféricos como en el caso de los rayos o artificiales como los originados por las instalaciones eléctricas defectuosas, sobrecargas, cortocircuitos, fallas de aislamiento y las descargas estáticas.

2.1. OBJETIVO DE LA INSTALACIÓN DE UN POZO A TIERRA  En la instalación de un pozo a tierra la conexión entre el electrodo desnudo en contacto directo con el suelo, permiten la conducción y dispersión de las corrientes eléctricas, para brindar seguridad eléctrica y asegurar el correcto funcionamiento de los aparatos conectados al circuito eléctrico. Con la instalación se tienen dos objetivos importantes: a) Evacuar y dispersar las corrientes eléctricas con mínima resistencia. b)

Proveer a las masas eléctricas el potencial de referencia cero, debido a que la tierra se comporta como un conductor infinito de carga, que hace que su potencial eléctrico sea cero. (V=0).

c) Eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados.

El sistema de protección está basado, principalmente, en no permitir la existencia de tensiones entre diferentes masas metálicas o entre éstas y el suelo, superiores a 24 V en viviendas y locales húmedos, o 50 V en locales secos. Estos valores son los máximos que puede soportar el cuerpo humano sin peligro de lesiones graves.

FIGURA: seguridad eléctrica interior

2.2. DISEÑO DE UNA PUESTA A TIERRA  Dependiendo de los artículos a proteger se debe de procurar que la resistencia del sistema sea el adecuado, pero como condiciones generales podemos precisar que un buen sistema de tierra además de tener un valor de resistencia bajo, debe de tener continuidad entre sus elementos, debe de precisar poco o ningún mantenimiento y debe de ser capaz de poder garantizar su funcionamiento eficaz por mucho tiempo. Condiciones a tener en cuenta al diseñar un sistema de puesta a tierra Además de las condiciones generales mencionadas en el párrafo anterior se deben de tener en cuenta otros detalles como: Una ubicación adecuada, esta no deberá de interferir con otras construcciones previas sean estos muros, tuberías subterráneas, instalaciones eléctricas a fin de evitar accidentes. Una medición de la resistividad del terreno hecha con un Telurómetro nos permitirá saber dónde estamos parados es decir de que está compuesto el suelo bajo nuestros pies, pues según la proporción de los componentes (arena, piedra, arcilla, humedad, temperatura, cantidad y tipo de sales minerales etc.) la dificultad de obtener buenos valores en un sistema a tierra variara desde sencillo hasta muy complicado. Cada terreno por tanto amerita un diseño en función de sus características a fin de obtener el sistema más eficiente y a la vez más económico para el cliente. Se recomienda hacer esta medición para poder decidir de forma acertada la profundidad a la que se deben ubicar los electrodos para ser más eficientes. Tipos de instalaciones de puesta tierra según su diseño las puestas de tierra se dividen en verticales (llamados comúnmente pozos), horizontales (llamados comúnmente zanjas) y la combinación de ambos a los que se denomina mallas. El uso de uno a más de estos elementos interconectados son los que hacen que en conjunto el sistema llegue al valor adecuado.

FIGURA: Representación esquemática de una puesta a tierra.

2.3. TIPOS DE TIERRAS  El sistema a tierra se divide en tres, diferenciándolos de la siguiente manera.

2.3.1. SISTEMA A TIERRA DE CORRIENTE ALTERNA Es el más común, y que la podemos encontrar en edificios, hogares, producida por la diferencia de voltaje o corriente que tienen los circuitos eléctricos que trabajan con este voltaje alterno. Ejemplos     

Duchas eléctricas. Refrigeradores. Transformadores. Aparatos de telecomunicaciones. Lavadoras.

2.3.2. SISTEMA A TIERRA DE CORRIENTE CONTINUA Esta la encontramos en toda la infinidad de equipos electrónicos que existen, y de igual forma se produce por la diferencia de voltajes o corrientes en estos circuitos. Ejemplo    

Tarjetas electrónicas, que existen en computadores. Videojuegos. PLC (Controladores Lógicos Programables). sistemas HMI (Interfaz Humano Máquina).

2.3.3. SISTEMA A TIERRA ELECTROSTÁTICA Este tipo de tierra es muy peculiar debido a que lo encontramos específicamente en tanques de almacenamiento, transporte o tratamiento, se produce por la interacción del fluido (cargas eléctricas + o −) con su contenedor (cargas eléctricas + o −), por lo general carga (−). Ejemplo  Tanques para almacenar o tratar crudo, combustibles, gases, sustancias químicas, etc. -

El propósito de separar estos tres tipos, es para reducir al mínimo los daños, tanto físicos como materiales, y con ello las pérdidas económicas, esta independización de las tierras, se aplican más en el sector industrial, en los tableros de control que monitorean, supervisan los distintos procesos que involucran mantener operativa una industria.

2.4. RESISTENCIA DE LAS TOMAS DE TIERRA El electrodo de una toma de tierra se dimensionará de forma que su resistencia de tierra, en cualquier circunstancia previsible, no sea superior al valor especificado para ella, en cada caso. Este valor de resistencia de tierra será tal que cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a:  24 V en local o emplazamiento conductor.  50 V en los demás casos. Si las condiciones de la instalación son tales que pueden dar lugar a tensiones de contacto superiores a los valores señalados anteriormente, se asegurará la rápida eliminación de la falta mediante dispositivos de corte adecuados a la corriente de servicio. La resistencia de un electrodo depende de sus dimensiones, de su forma y de la resistividad del terreno en el que se establece. Esta resistividad varía frecuentemente de un punto a otro del terreno, y varía también con la profundidad. La tabla 10.3 muestra, a título de orientación, unos valores de la resistividad para un cierto número de terrenos. Con objeto de obtener una primera aproximación de la resistencia a tierra, los cálculos pueden efectuarse utilizando los valores medios indicados en la tabla 10.4. Aunque los cálculos efectuados a partir de estos valores no dan más que un valor muy aproximado de la resistencia a tierra del electrodo, la medida de resistencia de tierra de este electrodo puede permitir, aplicando las fórmulas dadas en la tabla 10.5, estimar el valor medio local de la resistividad del terreno. El conocimiento de este valor puede ser útil para trabajos posteriores efectuados, en condiciones análogas.

3. FORMA DE MEDIR LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO 

Para medir la resistividad del terreno, conecte el comprobador de resistencia de tierra tal y como se muestra más abajo.

Como puede ver, se colocan en el terreno cuatro picas en línea recta equidistantes entre ellas. La distancia entre las picas debe ser al menos el triple que el valor de profundidad de la pica. Por lo tanto, si la profundidad de cada pica es de 30 cm, asegúrese de que la distancia entre las picas es como mínimo de 91 cm. El Fluke 1625 genera una corriente conocida a través de las dos picas exteriores y se mide la caída en el potencial de tensión entre las dos picas interiores. Mediante la Ley de Ohm (V = IR), el comprobador Fluke calcula de forma automática la resistividad del terreno. Dado que elementos como piezas de metal enterradas o acuíferos subterráneos distorsionan e invalidan a menudo los resultados de la medición, siempre se recomienda realizar mediciones adicionales en las que los ejes de las picas se hayan girado 90 grados. Al cambiar la profundidad y la distancia varias veces, se produce un perfil que puede determinar un sistema de resistividad del terreno adecuado. Las mediciones de resistividad del terreno a menudo se ven distorsionadas por la existencia de corrientes de tierra y sus armónicos. Para impedir que esto ocurra, el Fluke 1625 emplea un sistema de control automático de frecuencia, el cual selecciona automáticamente la frecuencia de medición con la mínima cantidad de ruido que le permita obtener una lectura clara. FIGURA: Medición del terreno mediante el Fluke 1625

4. FORMA DE MEDIR LA RESISTENCIA DEL POSO A TIERRA  Con el fin de medir la resistencia de puesta a tierra, tenemos que aplicar un voltaje entre sus terminales que provoca la circulación de una corriente a través de él. Uno de los terminales es el sistema de acceso a tierra en contacto con E. La segunda, de acuerdo con la definición, es cualquier otro punto de la tierra, que realmente está muy lejos de la primera. Con el fin de llevar a cabo la medición, debemos clavar un electrodo auxiliar H en ese punto. El segundo electrodo tendrá inevitablemente su propia tierra, la resistencia y la zona de resistencia.

Si nos fijamos en la figura 5, veremos que: 1. Nuestro objetivo es medir la resistencia de la tierra del electrodo E. Sin embargo, si una resistencia de medición convencional entre los puntos E y H se lleva a cabo mediante la medición de la tensión y la corriente circulante, se obtiene la suma de la resistencia de la tierra de ambos electrodos y no la resistencia de tierra del electrodo E. La diferencia puede ser muy importante puesto que, debido a su propia condición de auxiliar de electrodos, las dimensiones de H son muy pequeñas en comparación con E, por lo que su contribución a la resistencia total puede ser muy importante y la probabilidad de un error es considerable. 2. El concepto de "lejos", utilizado anteriormente sin hacer más precisiones, es ahora aclarado. De hecho, se puede considerar que el electrodo auxiliar H está lo suficientemente lejos del sistema de resistencia de la tierra que se mide cuando sus respectivas zonas de resistencia no se solapan. En tal caso, todo el volumen que queda fuera de las zonas de resistencia está, muy aproximadamente, en el mismo potencial, lo que hace posible el desarrollo del siguiente método de medición.

5. ELEMENTOS A UTILIZAR: - Telurómetro de tres terminales - Telurómetro de cuatro terminales - Electrodos para telurómetros - Conductores para electrodos de telurómetros - Herramientas de taller

6. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: 1. Verificar las instrucciones del manual de utilización del Telurómetro de cuatro terminales y aplicar en la medición de la resistividad del terreno, en el lugar indicado.

FIGURA: Telurómetro de cuatro terminales. Medición de valores de resistividad del terreno con el Telurómetro de cuatro terminales.

TABLA: Datos obtenidos en la experiencia # de datos 1 2

a(metros) 3 4

b(centímetros) 10 10

R(ohmios) 512

2. Verificar las instrucciones del manual de utilización del Telurómetro de tres terminales y aplicar en la medición de la resistencia del pozo de puesta a tierra designado.

FIGURA: Telurómetro de tres terminales

Medición de valores de resistividad del terreno con el Telurómetro de tres terminales. FIGURA: Forma de medir con el Telurómetro de tres terminales

 Conectamos el cable verde en el poso a tierra de donde se medirá la distancia de los otros dos terminales, según las reglas el color amarillo es la q mide la tensión y va a un mínimo de 5 metros del pozo a tierra según reglamento y el color rojo que esta mide la corriente que estará a una distancia de 2 metros a más del color amarillo, cuanto sea más la distancia mejor será nuestra posición.

TABLA: Datos tomados en la práctica # datos 1 2

Cable amarillo (m) 5 5

Cable rojo (m) 10 19

Resistencia (ohmios) 44.5 46.8

7. CUESTIONARIO: 7.1. Considerando la estructura de los terrenos, describa las diferentes formas de construir un pozo de puesta a tierra.

CONSTRUCCIÓN DE UN POZO A TIERRA POZO VERTICAL  Realizar una excavación de un pozo de 80 cm. de diámetro por una profundidad de 2.60 metros. Si se va a emplear un tubo plástico de 4” para realizar el relleno del contorno de la varilla de cobre se necesitará una bosla de 25 Kgs. de cemento conductivo. Si se va a emplear un tubo plástico de 6” se necesitará 2 bolsas de cemento conductivo de 25 Kg. cada una. Y por último si se usa un tubo PVC de 9” de diámetro, la necesidad de cemento conductivo crecerá a 3 bolsas de 25 Kg. Luego se corta un tramo de aproximadamente 30 cm tubo PVC de la dimensión que se elija (4”, 6”, 9”) Pasar por la varilla presentada al centro del pozo y deberá quedar a unos 20 cm. bajo el nivel del piso. Rellenar la tubería y luego rellenar los contornos externos al tubo, es decir del pozo con tierra de cultivo tamizada y mezclada con sal y bentonita. Subir el tubo un tramo de 25 cm. y repetir el procedimiento de llenado del tubo PVC con cemento conductivo, una vez lleno el segundo tramo vuelve a rellenar y compactar tierra a su alrededor en toda la amplitud de la excavación del pozo, repetir los pasos hasta llegar a dejar solo 20 cm. de varilla descubierta que servirá para colocar los conectores y los cables de la línea a tierra.

POZO HORIZONTAL  Realizar un excavación tipo zanja de 50 cm. de ancho por una profundidad de 60 cm. y una longitud de 2.40 cm. En este caso se deberá doblar la varilla en L (es decir 90 grados) a una distancia de 40 cm. de la parte superior. Para un mejor entendimiento, la parte superior de la varilla es la que no acaba en punta. En este caso solo se necesitará compactar unos 10cm de tierra combinada con Sal y Bentonita. Sobre ese terreno se puede colocar un par de listones de 2.30 m de largo y unos 4 cm. de alto, luego echar una capa de cemento conductivo de unos 2 cm. de espesor y asentar

sobre esa mezcla la varilla de cobre, dejando la parte doblada para que sobresalga por la caja de registro. Volver a vaciar unos 2 cm más de cemento conductivo sobre la varilla y la mezcla anterior haciendo una especie de sándwich con la varilla. Para la parte doblada en L y que sobresale por la caja de registro, emplear un corte de 20 cm de tubería PVC de 6” y colocarla teniendo cuidado que la varilla quede en el centro exacto, vaciar allí más cemento conductivo y antes que endurezca retirar el molde plástico. Esperar unos minutos que seque y tome fuerza y rellenar toda la zanja con la mezcla tamizada de tierra de cultivo, sal y bentonita bien mezclados creando una mezcla uniforme. 7.2. ¿por qué con los telurómetros de tres terminales no se puede medir la resistividad del terreno? 

Para medir la resistividad de un terreno se usa el de Telurómetro de cuatro terminales no se toma una referencia de un punto de resistencia cero. En cambio el Telurómetro de tres terminales necesita un punto de referencia cero o un punto a potencial cero. Por estas condiciones se puede realizar mediciones de cualquier terreno que se desee medir con el Telurómetro de cuatro terminales.

7.3. ¿Qué ventajas y desventajas tiene la aplicación de componentes químicos en la construcción del pozo de puesta a tierra?, ¿Cómo Ud. Construiría un pozo a tierra para uso doméstico? Ventajas:    

Conseguir un terreno de resistencia lo más pequeña posible. Mejorar las propiedades de la tierra para el poso atierra. Proteger la varilla del pozo a tierra. Sistema de protección más segura por más tiempo y menos mantenimiento.

Desventajas:  Se pueden dar las reacciones químicas y alterar el funcionamiento del pozo a tierra.  El mantenimiento

CONSTRUCCIÓN DE UN POSO ATIERRA DOMESTICO Primero Paso:  Excavar un pozo de 1 metro de diámetro por una profundidad de 3 metros desechando todo material de alta resistencia, piedra, hormigón, cascajo, etc.  Preparar el arreglo de la varilla de cobre con electrodo auxiliar ver figura

Segundo Paso: Para rellenar el pozo se utilizará tierra de cultivo tamizada en malla de ½ “llene los primeros 0.30 mts y compacte con un compactador y coloque la barra de cobre de ¾ “de diámetro y de 2.40 mts de longitud (con arreglo de electrodo auxiliar. Ver figura), llene los siguientes 0.20mt y vuelve a compactar, repita la operación no olvidando que la tierra debe estar húmeda hasta completar la mitad del pozo.

Tercero Paso: (Utilizando dosis química Thorgel) Disuelva el contenido de la bolsa azul de la primera caja de dosis de Thorgel en 20 litros de agua y viértala en el pozo, espere que todo sea absorbido, luego disuelva el contenido de la bolsa crema de la dosis Thorgel en 20 litros de agua, viértala sobre el pozo y espere que sea absorbido totalmente. NOTA: Cuando se utilice otros aditivos químicos como por ejemplo el compuesto químico Tierra gel, se tendrá que mezclar una de las bolsas con tierra de cultivo totalmente zarandeada y las dos bolsas restantes se mezclarán con agua (ver instrucciones dentro de la caja del aditivo químico a emplear)

Cuarto Paso: Repita la aplicación con la segunda caja de dosis de Thorgel , hasta culminar el pozo, coloque una caja de registro de concreto con tapa ,por medio de la cual se realizarán las mediciones del pozo y facilitará el la mantenimiento periódico ( cada 2 o 4 años para la renovación del pozo ) y para la conservación del mismo (cada 4 o 6 meses echar al pozo 30 litros de agua

8. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Describa las observaciones y conclusiones en forma clara y precisa sobre el tema desarrollado en la sesión de laboratorio Indicar por lo menos 6 Conclusiones -

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Al realizar las mediciones observamos que diferentes distancias nos da diferentes valores y aproximados Un poso a tierra es muy importante ya que esto nos protegerá de cualquier descarga eléctrica. Un sistema de poso a tierra bien realizada es un sistema seguro y confiable ante cualquier descarga eléctrica. En la experiencia el terreno medido era terreno seco y las mediciones que se deben de realizar se debe hacer en un terreno húmedo. El pozo a tierra sirve para protección a las personas como a la instalación eléctrica. Es importante conocer el tipo de suelo donde se va realizar el pozo a tierra. La condiciones ambientales pueden hacer que el valor de nuestro puesta tierra varié. Se debe tener un pozo a tierra menor de los 25Ω para garantizar su buen funcionamiento.

Observaciones -

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Los instrumentos o equipos que se usó para la experiencia no están certificados. Antes de empezar a realizar las mediciones el alumno debe de tener conocimiento del uso de los equipos y la experiencia que se va a realizar Se debe desconectar el pozo a tierra de la instalación eléctrica. Es muy importante saber la resistencia del pozo a tierra. Se debe hacer buen contacto los electrodos del instrumento con la tierra. Se debe tener mucho cuidado la desconectar el pozo a tierra de la red se podría sufrir una descarga.

9. BIBLIOGRAFÍA: https://www.epm.com.co/site/Portals/0/centro_de_documentos/proveedores_y_contratistas /normas_y_especificaciones/normas_aereas/grupo_6_Normas_de_montajes_complementari os/RA6-015MEDIDADERESISTENCIA_V3.pdf http://www.profesormolina.com.ar/electromec/resistencia_tierra.pdf http://pozotierracarlosortiz.blogspot.pe/2012/06/sistema-de-puesta-tierra.html http://www.monografias.com/trabajos67/seguridad-laboratorio-pozo-tierra/seguridadlaboratorio-pozo-tierra2.shtml http://www.fluke.com/fluke/uses/soluciones/resistencia-de-tierra/mdici%C3%B3n-de-laresistencia-de-la-tierra http://www.amperis.com/recursos/articulos/medida-resistencia-puesta-tierra/#cinco http://www.amperis.com/productos/telurometros/