Resistencia de Tierra: Definición Factores y Métodos de Medición

La resistencia de la tierra se define como la resistencia que ofrece el electrodo de tierra al flujo de corriente hacia el suelo. También se conoce como resistencia a tierra o resistencia al suelo. La resistencia de la tierra es un parámetro importante para el diseño y mantenimiento de sistemas de puesta a tierra, ya que afecta la seguridad y el rendimiento de las instalaciones eléctricas.

¿Qué es un Electrodo de Tierra?

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

El electrodo de tierra puede estar hecho de cobre, acero, hierro galvanizado u otros materiales con buena conductividad y resistencia a la corrosión. El tamaño, forma, longitud y profundidad del electrodo de tierra dependen de las condiciones del suelo, la corriente nominal y la aplicación del sistema de puesta a tierra.

¿Cuáles son los Factores que Afectan la Resistencia de la 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 electrolisis. La concentración de agua, sal y otros componentes químicos en el suelo determina su conductividad. Un suelo húmedo con alto contenido de sal tiene menor resistividad que un suelo seco con bajo contenido de sal.

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

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

• La temperatura del suelo, que afecta su expansión térmica y punto de congelación. Una alta temperatura puede aumentar la conductividad del suelo al incrementar la movilidad de iones. Las 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 generalmente son insignificantes en comparación con la resistividad del suelo.

¿Cómo Medir la Resistencia de la Tierra?

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

Método de Caída de Potencial

Este método también se conoce como el método de 3 puntos o método de caída de potencial. Requiere dos electrodos de prueba (electrodo de corriente y electrodo de potencial) y un tester de resistencia de tierra. El electrodo de corriente se inserta a una distancia del electrodo de tierra existente a una profundidad igual a la suya. El electrodo de potencial se inserta entre ellos a una distancia adecuada para que esté fuera de sus esferas de influencia (áreas de resistencia). El tester inyecta una corriente conocida a través del electrodo de corriente y mide la tensión entre el electrodo de potencial y el electrodo de tierra existente. La resistencia de la tierra se calcula utilizando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de la tierra, V es la tensión medida, e I es la corriente inyectada.

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

Método de Pinza

Este método también se conoce 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 una tensión al electrodo y otra pinza mide la corriente que fluye a través de él. La resistencia de la tierra se calcula utilizando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de la tierra, V es la tensión inducida, e 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 utiliza un electrodo de prueba (electrodo de corriente) y un tester de resistencia de tierra. El electrodo de corriente se adjunta al electrodo de tierra existente con un cable. El tester inyecta una corriente conocida a través del cable y mide la tensión entre el cable y el electrodo de tierra existente. La resistencia de la tierra se calcula utilizando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de la tierra, V es la tensión medida, e 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 la tensión entre cada par de electrodos de prueba por turno. La resistencia de la tierra se calcula utilizando las leyes de Kirchhoff:

Donde R es la resistencia de la tierra, V_AB, V_BC, V_CA son las tensiones medidas 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 hacia el suelo y mide la tensión entre ellos. La resistencia de la tierra se calcula utilizando la ley de Ohm:

Donde R es la resistencia de la tierra, V es la tensión medida, e 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 hacia el suelo y mide la tensión entre este y el electrodo de potencial en cada intervalo. Se traza un gráfico de tensión versus distancia y se extrapolan para encontrar la intersección en el eje de tensión. La resistencia de la tierra se calcula utilizando la ley de Ohm: