¿Cuál es la Resistencia de la Tierra?

¿Cuál es la Resistencia de Tierra?

Definición de Resistencia de Tierra

Un electrodo de tierra es un varilla o placa de metal que se entierra en el suelo y se conecta al terminal de tierra de un sistema eléctrico. Proporciona un camino de baja resistencia para las corrientes de falla y las sobrecargas por rayos para disiparse en el suelo. También ayuda a estabilizar la tensión del sistema y a reducir la interferencia electromagnética.

Los electrodos de tierra pueden estar hechos de materiales como cobre, acero o hierro galvanizado, elegidos por su conductividad y resistencia a la corrosión. El tamaño, forma, longitud y profundidad del electrodo dependen de las condiciones del suelo, la calificación de la corriente y la aplicación específica del sistema de puesta a tierra.

Factores que afectan la resistencia de puesta a tierra

La resistencia de la tierra depende principalmente de la resistividad del suelo entre el electrodo y el punto de potencial cero (tierra infinita). La resistividad del suelo está influenciada por varios factores, tales como:

• La conductividad eléctrica del suelo, que se debe principalmente a la electrólisis. La concentración de agua, sal y otros componentes químicos en el suelo determina su conductividad. Un suelo húmedo con alto contenido de sal tiene una resistividad menor que un suelo seco con bajo contenido de sal.

• La composición química del suelo, que afecta su valor pH y propiedades de corrosión. Un suelo ácido o alcalino puede corroer los electrodos de tierra e incrementar su resistencia.

• El tamaño de grano, uniformidad y empaquetamiento de las partículas de suelo afectan su porosidad y capacidad de retención de humedad. Un suelo de grano fino con distribución uniforme y empaquetamiento compacto tiene una resistividad menor que un suelo de grano grueso con distribución irregular y empaquetamiento flojo.

• La temperatura del suelo, que afecta su expansión térmica y punto de congelación. Una alta temperatura puede aumentar la conductividad del suelo aumentando la movilidad de sus iones. Bajas temperaturas pueden disminuir la conductividad del suelo al congelar su contenido de agua.

• La resistencia de la tierra también depende de la resistencia del electrodo en sí y de la resistencia de contacto entre la superficie del electrodo y el suelo. Sin embargo, estos factores son generalmente insignificantes en comparación con la resistividad del suelo.

Medida de la Resistencia de Tierra

Existen varios métodos para medir la resistencia de tierra en sistemas existentes. Algunos de los métodos comunes son:

Método de Caída de Potencial

Este método, también llamado método de 3 puntos o caída de potencial, requiere dos electrodos de prueba (corriente y potencial) y un tester de resistencia de tierra. El electrodo de corriente se coloca a una distancia del electrodo de tierra, coincidiendo con su profundidad. El electrodo de potencial se coloca entre ellos, fuera de sus áreas de resistencia. El tester inyecta una corriente conocida a través del electrodo de corriente y mide el voltaje entre los electrodos de potencial y de tierra. La resistencia de tierra se calcula entonces usando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de tierra, V es el voltaje medido y I es la corriente inyectada.

Este método es simple y preciso, pero requiere desconectar todas las conexiones al electrodo de tierra antes de la prueba.

Método de Pinza

También conocido como prueba de frecuencia inducida o método sin estacas. No requiere electrodos de prueba ni desconectar ninguna conexión al electrodo de tierra. Utiliza dos pinzas que se colocan alrededor del electrodo de tierra existente. Una pinza induce un voltaje al electrodo y otra pinza mide la corriente que fluye a través de él. La resistencia de tierra se calcula usando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de tierra, V es el voltaje inducido y I es la corriente medida.

Este método es conveniente y rápido, pero requiere una red de tierra paralela con múltiples electrodos.

Método de Varilla Adjunta

Este método implica un electrodo de prueba (electrodo de corriente) y un tester de resistencia de tierra. El electrodo de corriente se conecta al electrodo de tierra con un cable. El tester inyecta una corriente conocida a través del cable y mide el voltaje entre el cable y el electrodo de tierra. La resistencia de tierra se calcula entonces usando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de tierra, V es el voltaje medido y I es la corriente inyectada.

Este método no requiere desconectar ninguna conexión al electrodo de tierra, pero requiere un buen contacto entre el cable y el electrodo de corriente.

Método Estrella-Delta

Este método utiliza tres electrodos de prueba (electrodos de corriente) dispuestos en un triángulo equilátero alrededor del electrodo de tierra existente. Un tester de resistencia de tierra inyecta una corriente conocida a través de cada par de electrodos de prueba por turno y mide el voltaje entre cada par de electrodos de prueba por turno. La resistencia de tierra se calcula usando las leyes de Kirchhoff:

Donde R es la resistencia de tierra, V_AB, V_BC, V_CA son los voltajes medidos entre cada par de electrodos de prueba, e I es la corriente inyectada.

Este método no requiere desconectar ninguna conexión al electrodo de tierra, pero requiere más electrodos de prueba que otros métodos.

Método de Tierra Muerta

Este método utiliza dos electrodos de prueba (electrodos de corriente) conectados en serie con un tester de resistencia de tierra. Un electrodo de prueba se inserta cerca del electrodo de tierra existente, y otro electrodo de prueba se inserta lejos de él. El tester inyecta una corriente conocida a través de ambos electrodos de prueba en el suelo y mide el voltaje entre ellos. La resistencia de tierra se calcula usando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de tierra, V es el voltaje medido y I es la corriente inyectada.

Este método no requiere desconectar ninguna conexión al electrodo de tierra existente, pero requiere un cable muy largo entre ambos electrodos de prueba.

Método de Pendiente

Este método utiliza un electrodo de prueba (electrodo de potencial) y un tester de resistencia de tierra. El electrodo de potencial se mueve a lo largo de una línea recta alejándose del electrodo de tierra existente a intervalos regulares. El tester inyecta una corriente conocida a través del electrodo de tierra existente en el suelo y mide el voltaje entre él y el electrodo de potencial en cada intervalo. Se traza un gráfico de voltaje frente a distancia y se extrapola para encontrar la intersección en el eje de voltaje. La resistencia de tierra se calcula usando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de tierra, V₀ es la intersección en el eje de voltaje e I es la corriente inyectada.

Este método no requiere desconectar ninguna conexión al electrodo de tierra existente, pero requiere mover el electrodo de potencial a lo largo de una línea recta.

Mejora de la Resistencia de Tierra

La resistencia de tierra se puede mejorar reduciendo la resistividad del suelo o aumentando el área de superficie del electrodo. Algunas de las formas comunes de mejorar la resistencia de tierra son:

• Añadir sal u otras sustancias solubles alrededor del electrodo para aumentar la conductividad del suelo por electrólisis.

• Añadir carbón u otras sustancias que retengan humedad alrededor del electrodo para mantener el suelo húmedo durante todo el año.

• Usar múltiples electrodos conectados en paralelo para aumentar el área total de superficie en contacto con el suelo.

• Usar electrodos más largos o más profundos para alcanzar capas inferiores de suelo con menor resistividad.

• Usar electrodos con secciones transversales más grandes o formas huecas para reducir la resistencia del electrodo.

• Usar electrodos con recubrimientos especiales o aleaciones para prevenir la corrosión y aumentar la resistencia de contacto.

Se recomienda medir la resistencia de tierra periódicamente (anualmente o semestralmente) y tomar las acciones necesarias si excede el valor deseado para la aplicación.

Conclusión

La resistencia de tierra es un parámetro importante para el diseño y mantenimiento de los sistemas de puesta a tierra. Depende de varios factores como la resistividad del suelo, el tamaño, forma, profundidad y material del electrodo, etc. Existen varios métodos para medirla en sistemas existentes, como el método de caída de potencial, el método de pinza, el método de varilla adjunta, el método estrella-delta, el método de tierra muerta y el método de pendiente. 

La resistencia de tierra se puede mejorar añadiendo sal, carbón u otras sustancias alrededor de los electrodos, utilizando múltiples electrodos, utilizando electrodos más largos o más profundos, utilizando electrodos más grandes o huecos, o utilizando recubrimientos o aleaciones especiales para los electrodos. La resistencia de tierra debe medirse periódicamente y mantenerse dentro de límites aceptables por razones de seguridad y rendimiento.