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DISEÑO DE MALLA DE TIERRA

Calculo de la Resistividad de Diseño

MEDICION DE RESISTIVIDAD DE TERRENO
Determinación de la resistividad por el método de los cuatro electrodos
En la práctica de la ingeniería y de la corrosión se requiere medir la resistividad de grandes extensiones y a menudo, a una cierta profundidad. Para ello se utiliza el método de Wenner, más conocido como método de los 4 electrodos. El circuito básico se presenta en la figura 1.

Figura 1. Medición de la resistividad del suelo por el método de Wenner o de los cuatro electrodos. La distancia (b) o sea la profundidad a la que está enterrada el electrodo (barra de cobre) debe ser pequeña comparada con la distancia (a) entre los electrodos.
La resistividad se determina a partir de:

La medida que se obtiene es un valor promedio a una profundidad aproximadamente igual que el espaciado entre los electrodos. Es costumbre efectuar las mediciones de resistividad con un espaciado entre electrodos previamente establecido. Así, con espaciados de 1m, 2m, 4m, 8m, 16m.
Los detalles de la operación varían de acuerdo con el instrumento particular empleado, pero el principio es común a todos. Se entierran cuatro varillas de cobre equiespaciadas, y se conectan las dos externas (C1 y C2 en la figura 1) a las terminales de la fuente de corriente, y las dos internas (P1 y P2 de la misma figura) a un medidor potencial (voltímetro). Nótese que se mide la resistencia entre las dos varillas internas o electrodos de potencial; las dos varillas externas sirven para introducir corriente en el suelo.

Figura 2.
El valor obtenido corresponde a la resistividad promedio a una profundidad aproximadamente igual al espaciado entre los electrodos.
La investigación de la resistividad de un suelo consiste, por lo general, en una serie de medidas tomadas a lo largo de una línea, y se utiliza normalmente el método de los cuatro electrodos. Las lecturas deben tomarse de acuerdo con un procedimiento sistemático.
Un método recomendable seguiría los siguientes pasos:
1) Deben efectuarse lecturas al menos cada 1m, 2m, 4m, 8m, 16m.
2) Deben realizarse medidas donde exista un cambio visible en las características del suelo.
3) Dos lecturas sucesivas no deben diferir por más de 2:1. Cuando una lectura difiere de la precedente por mayor cantidad que la relación anterior, es necesario volver atrás y rehacer la lectura; esto debe repetirse hasta que se cumpla con la condición.
4) Como una excepción a la regla anterior, no será necesario tomar 2 lecturas a distancias menores de 3m.

Los resultados obtenidos por este procedimiento se gráfica en un diagrama que represente la longitud de la línea ( figura 3). A partir de estos diagramas se pueden localizar fácilmente los "puntos calientes" o sea las áreas de mayor corrosividad del suelo.

Figura 3. Perfil de resistividad del suelo medido. Las mediciones de resistividad se colocan en el eje de ordenadas.
Calculo de la resistividad de diseño
De las mediciones se muestra.
El terreno muestra ser no homogéneo, muestra dos capas de diferentes resistencias.
La resistividad de la capa superficial es menor en resistividad que la capa profunda. Esto se explica debido a que a partir de 1m a 1.5m, se encuentran trazas de hidrocarburos, los cuales no son buenos conductores de electricidad. Ecuación que representa la relación entre resistividades de la capa superficial, con la capa profunda deducida del método de la configuración WENNER.

Graficamos la curva M (h=a) vs. K, considerando que h = a

Figura 4.

Determinación de la resistividad
Primero proyectamos en el gráfico las lecturas medidas en campo, hasta el eje X. Obtenemos los siguientes valores para:
r1 = 19,79 Ohm - m
r2 = 487,58 Ohm - m
Calculamos el valor de K:

K = 0,92

M (h=a) = 1,42
Entonces:
r (a = h) = r1 x M (h=a)
r (a = h) = 28,1 Ohm-m
Con este valor nos dirigimos al gráfico de lecturas medidas y a 28,1 Ohm-m y se obtiene a una profundidad de 1,45m.

RESULTADOS
El terreno de esta zona tiene un comportamiento eléctrico de esta forma:

Figura 5.
Consideración para el diseño, la capa que muestra menor resistividad es la superficial por esto se plantea que la zanja de sistema de tierra para contrapeso este a una profundidad de 0,70m. Como además debido a que a partir de 1m en el terreno se observo trazas de hidrocarburos.
Se deberán utilizar no solo materiales que bajen la resistividad del terreno, sino que tengan un PH alto de tal forma de hacer duradero el material conductor de la puesta a tierra.
Los sistemas de puesta a tierra están especialmente diseñados como protección contra el riesgo eléctrico, evitando diferencias de tensión fortuitas peligrosas entre personas, equipos y masas.
La protección contra dicho riesgo, adquiere una doble dimensión ya que debe evitarse además la aparición de chispas por tratarse de una industria de productos inflamables. Para ello, la red de puesta a tierra se completa con la unión de todas las masas metálicas entre sí, para definir un anillo o red equipotencial, puesta a la vez, a tierra. La unión equipotencial se hace extensiva a todos los elementos estructurales, cimentaciones, tuberías, cuadros eléctricos.

CALCULO DE LA RESISTENCIA DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA


CALCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO ALIMENTADOR 4317 / 2400V
Pcc es la potencia de cortocircuito (KVA)	1000.0
V es la tensión nominal de operación (Voltio)	2400.0
Ifc es la corriente de cortocircuito (A)	240.8

CALCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO ALIMENTADOR 4303 / 2400V
Pcc es la potencia de cortocircuito (KVA)	1600.0
V es la tensión nominal de operación (Voltio)	2400.0
Ifc es la corriente de cortocircuito (A)	385.4

CALCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO ALIMENTADOR 4303 / 480V
Pcc es la Potencia de cortocircuito lado primario (KVA)	1600.0
V es la tensión nominal de operación (Volt)	480.0
Xcc es la Reactancia de cortocircuito lado primario (mOhm)	144.00
S es la potencia de transformador (3*333 KVA)	999.00
Xtpu es la reactancia de transformador (pu)	0.04
Xt es la reactancia de transformador (mOhm)	9.23
Corriente de cortocircuito (A)	1810.78

CALCULO DE LA SECCIÓN DE CONDUCTOR
Ifc es la corriente de falla de cortocircuito máxima a tierra (A)	1810.8
T2 es la temperatura ambiente (ºC).	15.0
Tm es la temperatura máxima de admisible del cobre.	200.0
t es el tiempo de apertura del dispositivo de protección (segundos)	0.6
t es el tiempo de apertura del dispositivo de protección (segundos)	5.0
Sección del conductor con t= 0.6 seg. (mm2)	8.3
Sección del conductor con t= 5 seg. (mm2)	24.0


CALCULO DE RESISTENCIA MALLA DE TIERRA	4.5X22.5m2
rs es resistividad de capa superficial (Ohm - m) =	28.1
Factor por cambio de terreno y tratamiento	0.6
r es la resistividad equivalente corregida (Ohm - m) =	16.9
A es ancho de la malla (m)	4.5
L es largo de la malla (m)	22.5
Nb es el numero de filas en la malla.	3.0
Na es el numero de columnas en la malla.	10.0
Lt es Longitud de conductor (Lmalla+ L 4 pozos + cable interconexion) (m)	232.3
h es Profundidad de enterramiento (m) =	0.7
Resistencia de Malla de tierra =	0.5


CALCULO DE RESISTENCIA TOTAL Ohm.
R1 es resistencia de Malla de tierra =	0.5
R2 es Resistencia de Malla de tierra =	0.5
Resistencia total (Ohm)	0.25

CALCULO DE N
Nb es el numero de filas en la malla.	3.0
Na es el numero de columnas en la malla.	10.0
N	5.5

CALCULO DE Kp
h es la profundidad de enterramiento de conductor de malla (m)	0.70
e espaciamiento entre conductores paralelos (m)	2.25
N es numero de conductores en paralelo	5.5
Kp	0.46

CALCULO DE Ki
N es numero de conductores en paralelo	5.5
Ki	1.6

CALCULO DE Kii
N es numero de conductores en paralelo	5.5
Kii	0.4

CALCULO DE Kh
h es la profundidad de enterramiento de conductor de malla (m)	0.70
ho es la profundidad 1m de enterramiento de conductor de malla (m)	1.00
Kh	1.3

CALCULO DE Km
h es la profundidad de enterramiento de conductor de malla (m)	0.70
e espaciamiento entre conductores paralelos (m)	2.25
d es el diámetro de conductor de malla (m)	0.006
Kii	0.4
Kh	1.3
N es numero de conductores en paralelo	5.5
Km	0.75

CALCULO DE Kc
h es la profundidad de enterramiento de conductor de malla (m)	0.70
e espaciamiento entre conductores paralelos (m)	4.5
d es el diámetro de conductor de malla (m)	0.006
x es la distancia entre persona y periferia de conductor de tierra (m)	1.0
Kh	1.3
N es numero de conductores en paralelo	5.5
Kc	1.05

CALCULO DE POTENCIAL DE PASO
Lt es la longitud total de la malla	232.26
Ifc es la corriente de cortocircuito (A)	1810.78
f es factor por distribucion de corriente de falla en malla	0.50
r es la resistividad equivalente corregida (Ohm - m) =	16.9
Kp	0.5
Ki	1.6
N es numero de conductores en paralelo	5.5
Potencial de paso	48.74

CALCULO DE POTENCIAL DE TOQUE
Lt es la longitud total de la malla	232.26
Ifc es la corriente de cortocircuito (A)	1810.78
f es factor por distribucion de corriente de falla en malla	0.50
r es la resistividad equivalente corregida (Ohm - m) =	16.9
Kc	1.1
Ki	1.6
Potencial de toque	110.64

CALCULO DE POTENCIAL DE PASO MÁXIMO ADMISIBLE
rg es la resistividad de una capa de grava de 20cm (Ohm - m) =	3000.0
t es el tiempo de apertura del dispositivo de protección (segundos)	0.6
t es el tiempo de apertura del dispositivo de protección (segundos)	1.5
Potencial de toque Máximo a 0.6seg	2845.35
Potencial de toque Máximo a 5 seg.	1799.56

CALCULO DE POTENCIAL DE TOQUE MÁXIMO ADMISIBLE
rg es la resistividad de una capa de grava de 20cm (Ohm - m) =	3000.0
t es el tiempo de apertura del dispositivo de protección (segundos)	0.6
t es el tiempo de apertura del dispositivo de protección (segundos)	1.5
Potencial de toque Máximo a 0.6seg	823.65
Potencial de toque Máximo a 5 seg.	520.92

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