Resistividad clase
- 1. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 1 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA METROLOGIA E INSTRUMENTACION ELECTRICA RESISTIVIDAD ELECTRICA DE SUELOS Ing. ABEL C. CATAY BUITRON Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 2 RESISTIVIDAD ELECTRICA DE LOS CUERPOSRESISTIVIDAD ELECTRICA DE LOS CUERPOS La resistividad eléctrica de un material describe la dificultad que encuentra la corriente a su paso por él. La resistencia eléctrica que presenta un conductor homogéneo viene determinada por la resistividad del material que lo constituye y la geometría del conductor. Así, para un conductor rectilíneo y homogéneo de sección s y longitud l, la resistencia eléctrica es: Y la resistividad La unidad de resistividad en el SI es el Ohm por metro ( . m)
- 2. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 2 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 3 En la realidad todo los cuerpos son eléctricamente conductores, porque permiten en mayor o menor medida, el paso de portadores de cargas eléctricas. Estos portadores pueden ser electrones o iones (positivos o negativos). Entonces debemos distinguir dos tipos de conductividad: electrónica e iónica. Los metales y semiconductores son cuerpos con conductividad electrónica. Los cuerpos con conductividad iónica se conocen como electrolitos, y se pueden presentar en forma gaseosa. (enlaces covalentes) Definición de la Norma DGE: TERMINOLOGIA EN ELECTRICIDAD Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 4 RESISTIVIDAD ELECTRICA DEL SUELO Por su propia naturaleza la tierra podría ser considerada como un perfecto conductor de la electricidad y su resistencia viene determinada por la resistividad de su capa superior, es decir, el suelo. En la realidad, el suelo en sí mismo es un buen aislante (gran contenido de oxido de silicio y oxido de aluminio, altamente resistivos), solamente llega a hacerse conductor (con pocas excepciones) por el contenido de electrolitos, el cual consiste de minerales y sales disueltas en agua (suelo húmedo). El agua desmineralizada es un aislante y solamente es conductora cuando contiene sales solubles en ella. Si se explica el tema desde el punto de vista de la conductividad (1/ρ), estamos ante un fenomeno basicamente electroquimico o electrolitico, entonces va a depender de la cantidad de agua depositada, nivel de humedad, y la cantidad de sales.
- 3. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 3 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 5 El efecto del agua en la resistividad del suelo dependerá de la cantidad de sales disueltas. ¿Y viceversa? Consiguientemente la resistividad del suelo dependerá de las condiciones climáticas, de su habilidad para retener el agua, de su compactación, etc. ¡ La conducción del terreno es fundamentalmente electroquímica ! Los terrenos no son uniformes y presentan capas diferentes. Por ello cuando se mide la resistividad se esta midiendo la resistividad aparente. La mejor evaluación será medir la resistividad de cada capa sus profundidades y espesores. A medida que aumenta el tamaño de las partículas del terreno aumenta la resistividad. La grava tiene mayor resistividad que la arena, y ésta mayor resistividad que la arcilla. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 6 La resistividad de los suelos () se expresa en Ω-m, que corresponde a la resistencia de 1 ohm de un cubo de 1 m3 de suelo o aguas medidos entre sus paredes laterales.
- 4. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 4 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 7 FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTIVIDAD DE LOS SUELOS Naturaleza de los suelos. La humedad La temperatura del terreno La concentración de sales disueltas. La compactación del terreno. La estratificación del terreno. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 8 NATURALEZA DE LOS SUELOS Los suelos pueden ser buenos, regulares o malos conductores de la corriente eléctrica dependiendo de su naturaleza. Sin embargo, dado los volúmenes que entran en juego, es posible conseguir una conducción aceptable. Suelos arcillosos, arenosos y rocosos algunas veces tienen una resistencia elevada, por lo que pueden considerarse como conductores pobres. La GRANULOMETRIA se relaciona con el tamaño del grano que compone predominantemente el suelo y sus características higroscópicas (absorción) y retención del agua. El efecto de esta condición es: ResistividadVolumen grano Grado de unión (Compactación) – Forma de cristales Tamaño de grano
- 5. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 5 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 9 Para el diseño e instalación de una sistema de puesta a tierra el primer paso debe ser el conocimiento del terreno. La resistividad del terreno define la resistencia de puesta a tierra de un electrodo. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 10 VALORES ORIENTATIVOS DE LA RESISTIVIDAD EN FUNCION DEL TERRENO
- 6. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 6 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 11 Fuente: MANUAL THOR-GEL Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 12
- 7. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 7 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 13 VALORES MEDIOS APROXIMADOS DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO FORMULAS SIMPLIFICADAS PARA ESTIMAR LA RPT EN FUNCION DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO Y LAS CARACTERISTICAS DEL ELECTRODO Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 14
- 8. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 8 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 15 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 16
- 9. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 9 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 17 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 18 LA HUMEDAD La resistividad de un terreno tiene relación directa al porcentaje de humedad que éste presenta (estado hidrométrico). Al aumentar la humedad disminuye la resistividad. Al disminuir la humedad aumenta la resistividad. Esta relación no es lineal porque la resistividad presenta “saturacion” cuando el porcentaje de humedad aumenta. Resistividad de un terreno arcilloso en función de la humedad del suelo h.
- 10. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 10 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 19 Debido a que la conducción de corriente es mayormente electrolítica, la humedad facilita la disociación de las sales en iones positivos y negativos; al haber más humedad hay mayor conductividad y por lo tanto menor resistividad. Variación de la resistividad en función de la humedad. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 20 Muchas veces, una manera de reducir la resistencia de puesta a tierra es humedeciendo el terreno a lo largo del tiempo, logrando así valores bajos de resistividad. Hay algunas instalaciones que tiene prevista una tubería de agua, la que utilizan para mantener una concentración de humedad en todas las épocas y durante años; manteniendo valores bajos de resistividad.
- 11. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 11 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 21 TEMPERATURA Como característica de una resistencia, la resistividad del terreno aumenta cuando se incrementa la temperatura, pero cuando se esta a 0 ºC y menos la resistividad aumenta bruscamente. El hielo se comporta como aislante. ¡ Poca incidencia para temperaturas superiores al punto de congelamiento ! En lugares fríos o gélidos se deben instalar puestas a tierra a mayor profundidad para evitar temperaturas de congelamiento. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 22 La resistividad del suelo es aproximadamente independiente de la temperatura hasta que alcanza el punto de congelamiento; en ese momento la resistividad del suelo se incrementa muy rápidamente pareciendo que no hay virtualmente ningún contacto con la tierra, la razón de ello es debido a que no hay disociación de sales.
- 12. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 12 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 23 CONCENTRACION DE SALES DISUELTAS La mayor concentración de sales disueltas, mejora notablemente la conductividad. La resistividad disminuye. ¡Las lluvias o riego excesivo lavan las sales contenidas en la poza! También la concentración de sales disueltas se satura como la humedad y en éste punto un mayor incremento contribuye mínimamente a disminuir la resistividad del terreno. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 24 Variación de la resistividad en función al contenido de sales. El contenido de sales produce una menor resistividad ínter granular, lo cual permite circular corrientes con mayor facilidad y además, la sal (NaCl) es un material que absorbe con facilidad la humedad (higroscopico) al igual que el cemento y el carbón vegetal, pero………..
- 13. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 13 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 25 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 26 COMPACTACION DEL TERRENO Cuando el terreno está mas compactado disminuye la resistividad. Implica un mayor contacto entre el electrodo y el terreno. El grado de compactación altera el valor de la resistividad, debido a la unión de los granos. •Relación directa al almacenamiento de agua, y •Relación inversa a intersticios de aire.
- 14. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 14 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 27 ESTRATIFICACION DEL TERRENO El suelo esta formado por estratos (capas) a diferentes profundidades y con diferentes resistividades. Debido a la formación geológica, generalmente son paralelas a la superficie. La instalación de una puesta a tierra en una capa de mayor resistividad conduce a una alta resistencia de puesta a tierra. Para el conocimiento de las resistividades de las capas necesariamente deberán realizarse mediciones para poder determinar el valor de la futura puesta a tierra. Entonces la resistividad del terreno depende de las características de las capas. Anisotropía o grado de desorden Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 28 COMPORTAMIENTO DE LAS CAPAS DE UN TERRENO
- 15. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 15 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 29 Otros factores del suelo que tienen una repercusión directa en lo que respecta al diseño de SPAT: Permitividad () Tiene repercusión directa en el comportamiento transitorio. Factor de ionización (particular de cada tipo de suelo) Implica la ionización de suelo (Efecto corona) por la aplicación de una alta intensidad de campo eléctrico. PH Influye significativamente en la vida útil del SPAT por corrosión. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 30 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO 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, se podría determinar a que 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, el contenido de electrolitos: humedad, minerales y sales disueltas. También es influenciada por la temperatura. Un suelo seco tiene un alto valor de resistividad si no contiene sales solubles. (sales comerciales).
- 16. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 16 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 31 CONSIDERACIONES PARA LA MEDICION Al margen de otras consideraciones, el instrumento de medida deberá ser de corriente alterna por las siguientes razones: A. La aplicación de C.D. en el agua con sales disueltas podría dar lugar a fenómenos electrolíticos que confundirían los resultados. B. En el suelo a veces están presentes corrientes parásitas o vagabundas (fugas a tierra) a frecuencia del sistema eléctrico (60 ó 50 Hz). Particularmente en las inmediaciones de instalaciones de potencia, éstas podrían falsear la medida. Empleando corriente alterna en la medida a una frecuencia diferente a la industrial (60 Hz), puede sintonizarse la respuesta del equipo de modo que resulte improbable la influencia externa. Para la medición de la resistividad del terreno y la resistencia de tierra será conveniente realizar las mediciones con el terreno seco, por lo menos a una semana después de la última lluvia. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 32 El método más utilizado por los electricistas para realizar las mediciones es el de Wenner. (Desarrollado por Frank Wenner en 1915) 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, 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 y la corriente inyectada). A number of measuring techniques are described in detail in IEEE Std 81-1983. Wenner four-pin method
- 17. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 17 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 33 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 34 Sinóptico del medidor de tierras Disposición habitual del método de Wenner
- 18. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 18 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 35 El valor obtenido con la medición es sustituido en la expresión obteniéndose un valor promedio de resistividad aparente a una profundidad equivalente a la distancia "a" entre los electrodos: Donde: a : Distancia entre electrodos en metros b : Profundidad del electrodo en metros R : Valor de resistencia obtenido en la medición con el telurómetro (R = V/I) Si a > 20b la expresión anterior se puede aproximar a: (con a en m ) (con a en pies) Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 36 OTRAS DISPOSICIONES DE LOS ELECTRODOS EN EL METODO DE WENNER PARA OBTENER
- 19. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 19 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 37 Método de Schlumberger para la medición de resistividad de suelos. En este método las picas, varillas o barras también se ubican en línea recta. Respecto del centro de la medición, las varillas de corriente y de tensión equidistan una longitud L y s respectivamente. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 38 La longitud L representa, en este método, la evaluación de la resistividad del suelo a la profundidad L. También este método conduce a la determinación de una resistividad aparente a que representaría la de un terreno homogéneo. La siguiente expresión calcula a en funcion a los parametros: resistencia medida por el terrometro, y las separaciones entre picas de tensión y corriente.
- 20. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 20 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 39 Con este método la medición de resistividad es mas ágil y es usado en lugares donde no hay mayor espacio, ya que solo se varia la distancia entre las varillas de corriente. Se necesita contar con instrumentos de mayor sensibilidad, porque a mayores profundidades de evaluación el telurómetro medirá pequeñas resistencias (< 1 ohm). Otra configuración que se debe confrontar con la anterior es: En este caso la resistividad resulta: Generalmente la relación b/a debe ser un numero entero. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 40 Criterios prácticos a tener en cuenta al medir la resistividad del terreno: La profundidad de los electrodos no debe sobrepasar 30 cm. 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. 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 interelectródicas hasta 11 metros.
- 21. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 21 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 41 No es conveniente que las mediciones se realicen donde existan tomas de tierra o tuberías. Se obtienen resultado errados. 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. Al realizar las mediciones en diferentes direcciones, (norte-sur, este-oeste, etc.) los valores de resistencia obtenidos para cada separación entre electrodos a pueden ser promediados, no pueden ser promediados valores obtenidos con diferentes a. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 42 Con estos valores obtenidos se traza la curva de resistividad, por la cual se selecciona, a que profundidad deben ser enterrados los electrodos.
- 22. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 22 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 43 Medidas realizadas en el terreno adyacente a las pozas de PT de Ing. Química Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 44
- 23. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 23 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 45 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 46 MODELAMIENTO DE SUELOS Interpretación de las medidas de resistividad del suelo realizadas en el campo es la parte mas difícil del proceso de determinación de la resistividad. El objetivo fundamental es obtener un modelo del suelo que sea aproximadamente igual al suelo existente. Téngase en cuenta la anisotropía de los suelos. Los modelos de suelo mas utilizados es el modelo de suelo uniforme y el modelo de suelo de dos capas. El modelo de dos capas es un aproximado de muchas estructuras de suelo, los modelos de múltiples capas son utilizados para suelos mas complejos. Un modelo de suelo uniforme se utiliza solo cuando existe una variación moderada en la resistividad aparente, que raramente existe. Una representación mas exacta de un suelo es el modelo de dos capas que consiste en una capa superior de profundidad finita y una capa inferior de profundidad infinita, ambas de diferente resistividad.
- 24. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 24 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 47 SUPOSICION DE SUELO UNIFORME Un modelo de suelo uniforme se puede utilizar en ves de uno de dos capas cuando no se tenga las herramientas de calculo. Un aproximado de suelo uniforme se puede tener tomando el promedio aritmético de las resistividades aparentes. Modelo de suelo a dos capas. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 48 Ejemplo de modelo de suelos: se modelará el suelo con las resistividades aparentes medidas.
- 25. Ing. ABEL C. CATAY BUITRON 25 Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 49 ¿Suelo homogéneo? Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 50 3258 4126 3607 4533 4305 4004 4752 5221 Resistividad (ohm-m) Reparación (m) ¿Suelo homogéneo?