1. Estudie el terreno
2. Grafique sus datos
3. Identifique los estratos
4. Calcule la resistividad del terreno
5. Defina el electrodo de malla
6. Obtenga la resistencia puesta a tierra
7. Elabore su informe técnico
El presente artículo está destinado a los alumnos, lectores e interesados en general sobre el tema seguridad eléctrica y tiene como objetivo clarificar los pasos a seguir para el estudio y diseño de una malla a tierra de protección BT.
INTRODUCCIÓN
El objetivo final del estudio de una malla a tierra es, proteger a las personas usuarios de los equipos y el material de las instalaciones eléctricas. La NormaNCH4-2003 exige al diseñador no sobrepasar los voltajes de seguridad máximo ( Vs ) 50V y 24V para instalaciones eléctricas en locales seco y húmedo respectivamente. Por lo tanto, si usamos interruptores diferenciales de sensibilidad Is para cumplir este técnico, la Rpt que debemos diseñar, debe cumplir la condición Rpt < Vs/( Nº dif x Is ).
Lo anterior nos demuestra que la Rpt disminuye en función del número de diferenciales puesto en el tablero eléctrico y que en condiciones de extrema seguridad esta Rpt debe garantizar un voltaje de carcaza inferior a los valores limites prescrito en Norma y la desconexión inmediata del circuito afectado por parte del interruptor diferencial que haya detectado una fuga por sobre su sensibilidad.
Por tanto, el requerimiento de la Resistencia puesta a tierra Rpt es un dato fácil de estimar.
La secuencia de pasos lógica que recomiendo seguir para el estudio de una malla a tierra para finalmente redactar un informe técnico a un Cliente, debe ser los siguientes:
PASO 1
ESTUDIE EL TERRENO
Esta primera fase del proyecto se logra utilizando un GEOHMETRO de 4 electrodos y empleando la configuración de SCHLUMBERGER sugerido por la Norma NCH4-2003 (o WENNER ) . Debe obtener los datos de resistencia de suelo de a lo menos 12 mediciones resistivas del terreno. El geohmetro entregará resultados expresados en ohm.
PASO 2
GRAFIQUE SUS DATOS
A continuación, utilizando las ecuaciones matemáticas deducidas del estudio geo eléctrico del terreno y definida por la metodología de SCHLUMBERGER , Ud debe obtener la resistividad ρ de cada muestra del terreno las cuales quedarán expresada ahora en Ωxmt y se denominan resistividad aparente. Esta información muestral se debe graficar en una hoja papel logarítmico de 62,5 mm/década, en donde el eje X ésta expresado en mts (espesor auxiliar) y el eje Y esta expresado en resistividad Ωxmt
PASO 3
IDENTIFIQUE LOS ESTRATOS
De la observación de la gráfica de resistividades aparentes obtenida del terreno sondeado y ayudándose de una tabla que clasifica y asigna condiciones lógicas a los puntos de inicio, termino y cambio de sen do de la gráfica podrá saber si los datos representan un terreno de 2, 3 o 4 estratos. El número de estratos es clave para elegir correctamente la curva master apropiada del set de la Curvas de Orellana & Monney, que deberá ser la que más se aproxime a su grafica de terreno. Esto se realiza por comparación de ambas gráficas. La elección correcta de la curva master le dará los datos claves para obtener las variables a, b, c, resistividad auxiliar y el espesor auxiliar. Con estos datos Ud. ya puede calcular las «resistividades por estratos» del terreno. Si, por ejemplo, se trata de un terreno de 3 estratos o capas, entonces usted deberá calcular 3 resistividades ρ y 3 espesores E.
PASO 4
CALCULE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO
Para lograr este dato que representa la resistividad conjunta de todos los estratos del terreno más el efecto de la presencia de la malla metálica que contribuye con la conducción iónica del terreno, Ud debe emplear la formula matemática de YAKOBS y BURGSDOSRF que requiere los datos obtenidos en el paso 3, además, las dimensiones físicas del electrodo de malla que Ud va proyectar e instalar en el terreno sondeado.
PASO 5
DEFINA EL ELECTRODO DE MALLA
Las variables físicas del electrodo de malla, las puede definir a partir de algunos de estos 3 criterios:
1. A partir de la superficie disponible que exista para instalar la malla en la obra.
2. Por recomendaciones prácticas sugeridas para terrenos de resistividades promedios de 50,100 o 150 Ωxmt y usar una malla de 16, 25 o 100mt 2 de superficies, respectivamente.
3. Usar la Tabla 10.24 de la Norma NCH4-2003 que da valores aproximados en ohm para lograr una puesta a tierra (Rpt) dependiendo del largo de la malla para un terreno típico promedio de resistividad equivalente de 100 Ωxmt. Incluso si la resistividad del terreno fuera diferente, el resultado de esta tabla se multiplicará por ρ/100, obteniéndose una Rpt en función del largo de conductor lo cual nos permite realizar un diseño a partir de este dato.
PASO 6
OBTENGA LA RESISTENCIA PUESTA A TIERRA Rpt
Para calcular la resistencia puesta a tierra, se debe previamente calcular La resistividad equivalente del terreno influenciado por la malla física que se ha de instalar. Utilice la fórmula de SCHWARZ que requiere como datos la resistividad del terreno, largo de la malla, diámetro del conductor, la superficie y los factores de forma de la malla K1 y K2, fácil de calcular.
El resultado de esta ecuación dará el valor teórico o proyectado en ohm de la malla enterrada en el terreno sondeado. Si desea hacer un cálculo aproximado (para hacer un presupuesto, por ejemplo), entonces use la fórmula de LAURENT que es sencilla de usar, en la cual se cumple la condición Rpt Laurent > Rpt Schwarz. Por tanto, si la Rpt Laurent cumple su requisito de diseño para Rpt, entonces también la cumple SCHWARZ. Según, SCHWARZ, se demuestra que la Rpt depende directamente de la resistencia del terreno (influenciada por la malla), lo cual si agregamos aditivos gel al terreno esta bajará, lo mismo ocurrirá si aumentamos el largo de la malla, es decir introducimos más cobre, con lo cual aumentamos la conducción iónica del terreno. Enterrar la malla más de 0,6 mt se demuestra que no tiene un efecto relevante respecto a la RPT, por la sencilla razón que esta variable está dentro de un logaritmo natural en la fórmula de SCHWARZ.
Una vez instalada la malla en la obra, proceda a efectuar las mediciones de La Rpt real usando su GEOHMETRO de 4 electrodos y configurando a 3 para medir la resistencia puesta a tierra. Este valor obtenido debe ser menor al calculado en el diseño del proyecto.
Al ser usado el régimen del neutro TNS, entonces se debe calcular la sección mínima del conductor de la malla que soporte adecuadamente la subida de temperatura a consecuencia de una cortocircuito monofásico o trifásico. Para lo anterior, dice la fórmula de ONDERDONK que relaciona las variables corrientes de falla, tiempo de apertura de la protección, tipo de soldadura de la malla y una constante. La impedancia de falla del lazo cerrado de cortocircuito deberá ser lo suficientemente baja para asegurar la operación de apertura del dispositivo de protección usada, que evite un recalentamiento (i2·t) del material eléctrico y un posible incendio.
PASO 7
ELABORE SU INFORME TÉCNICO
Al preparar el Informe técnico a su cliente, sea claro y explícito.
Recuerde que Ud está asesorando y su cliente está comprando «claridad» respecto a un tema técnico que se supone de su dominio. No omita información ni cálculos técnicos, cite fuentes normas y supuestos. La estructura óptima del informe técnico debe seguir a lo menos los siguientes puntos:
1. Antecedentes general del Proyecto
2. Objetivo del estudio
3. Metodología usada
4. Instrumentación, Certificación, Norma, criterios y/o supuestos
5. Cuadro resumen de resultados finales
6. Sus CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES respecto a los resultados y consideraciones para implementación del proyecto
7. Mediciones, Cálculos e información Anexa complementaria. ***
Lectura recomendada «Estudio y Diseño de Malla a Tierra BT y MT» Librería técnica www.dhsing.cl/libreríatecnica.html
Daniel Henríquez Santana, Ing. Eléctrico Licencia SEC, Diplomado en Evaluación de Proyectos de Inversión.
Relator para CET INDURA y SOCAPSA.
Ex Relator Área Eléctrica UNIVERSIDAD DE CHILE CENET.
