Modulo 2- Resistividad de Suelos-medicion

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: RESISTIVIDAD DEL SUELO & SU MEDICIÓN

XPT Puesta a Tierra Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

Propósito de Sistemas de Puesta A Tierra: Hacer una Conexión Eléctrica con La Tierra

• El Núcleo de La Tierra es Conductiva. • Entre la Superficie y el Núcleo hay cierta resistencia dependiendo del material. • Hay materiales más conductivas y otros menos conductivas • Nuestro labor es elaborar un sistema de Puesta a Tierra para minimizar la resistencia desde la superficie hacía La Tierra. Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

Elementos del Sistema de Puesta a Tierra

Equipo Jabalina de puesta a tierra para el neutro del transformador (esquema estrella)

Jabalina de puesta a tierra para el neutro del tablero

Jabalinas de puesta a tierra para otras funciones como pararrayos, aplicaciones que necesitan baja resistencia

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Resistividad del Suelo

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1000 v

500 v

166.67 v

8.3 V

0v

~ ~

Resistividad de la Tierra 83.3 v

24 Ω

12 Ω 20 Ω 1 Ft.

22 Ω 23.8 Ω 24 Ω

10 Ft. 40 Ft. 80 Ft.

< 200 Ft.

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~ ~

200 Ft.

Resistividad del Suelo La variable clave en el diseño de sistemas – Determinación de la resistividad del sistema de puesta a tierra Los cambios de sitio a sitio dependen de: – – – – – –

Tipo de Suelo Humedad / Estación (seca / mojada) Electrolitos (sales, minerales) Temperatura Objetos metálicos bajo el superficie Capas de otra resistividad no visibles

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Resistividad del Suelo Generador de Señal

~

1 Metro Cuadrado

Tierra La resistividad de la tierra para el flujo de corriente, medida en Óhmios-Metros, entre las caras opuestas de un cubo de tierra, un metro cúbico de volumen. Advertencia: se usan la unidad Ω-centimetros en muchas fórmulas. Un Ω-metro = 100 Ω-centimetros Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

Comparación de Resistividad del Suelo Tipo de Suelo

Resistividad (ohm-cm)

Lynconite II (bentonita) Superficie de Suelos Arcilla Arena y Grava Superficie de Caliza Caliza Esquisto Arenisca Granitos, Basaltos, etc Gneises Descompuesto Pizarra, etc

100 200 5,000 10,000 500 500 2,000

-

5,000 1,000

-

60 5,000 10,000 100,000 1,000,000 400,000 10,000 200,000 100,000 50,000 10,000

Nota Importante: 1 Ohm-m = 100 Ohm-cm; 1 Ohm-cm = 0.01 Ohm-m

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Efecto de la humedad en la resistividad 180 160

Resistividad (ohmios-cm) X Miles

140 Nota: la variación de 10-15x de resistividad sea por algunos suelos, no todos. Si no sabe la variación debe medir seco & mojado.

120

100 80 60 40 20

0 0

5

10 15 20 25 Contenido de Humedad (% por peso)

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30

Resistividad del Suelo (ohmioscm) x Miles

Efecto de los Electrolitos (Sales) en la Resistividad 12 10

Nota: la variación de 10-50x de resistividad sea por algunos suelos, no todos. Depende de la composición del suelo, porosidad, humedad, etc.

8 6 4 2 0 0

0.1

1

5

10

Sal añadida% por peso de humedad

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20

Resistividad (ohmios-cm) x Miles

Efecto de la Temperatura en la Resistividad 350 300 250 200 150 100 50 25 0

Nota: la variación de 10-15x de resistividad sea por algunos suelos, no todos. Depende de la salinidad (o no), composición del suelo, etc.

Líquido

Hielo 20

10

4 0 Temperatura C

0

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-5

-10

Combinación de Factores: Electrodos Electrolíticos • Podemos aprovechar de tres fenómenos para elaborar mejores electrodos:  Algunas arcillas (bentonita) tienen muy baja resistividades  Humedad en general es buena para baja resistividad  Sales puede bajar resistividades más de 10 veces si podemos evitar su pérdida por filtración  Los electrodos electrolíticos XTP® de Lyncole

combinan estos factores a su favor. Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

Resistividades de Suelos en Bolivia • En el valle de Cochabmaba se encuentran suelos de muy baja resistividad hasta moderada: 10 Ω-m hasta 300-400 Ω-m • Subiendo los cerros, se encuentra resistividades de 400-1500-2000 Ω-m • En los cerros no es fuera de común encontrar 2000-3000 Ω-m (o más) • En el trópico las resistividades son altas. Muy pocos suelos con menos que 1000 Ωm; muchos con 1200-1800 Ω-m. Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

Prueba de Resistividad de Suelo

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Prueba de Resistividad del Suelo – Variable clave en el diseño de sistemas – Cambia de sitio a sitio – Tipos de pruebas – Método de 4 puntos Wenner – Mayor precisión – Múltiples pruebas de profundidad

– Método Schlumberger – Semejante al Wenner – La precisión de Wenner es mejor

– Prueba de banco - Caja Miller – Sobre la base de una pequeña muestra; no es tan exacto

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METODO WENNER DE 4 PUNTOS

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Material Requerido – Medidor Digital de Resistividad de Tierra – AEMC 6470B / Megger DET4T2 /Fluke o sus equivalentes – Nuestras comparaciones indican una buena coincidencia en mediciones con instrumentos de buenas marcas

– Un mínimo de 4 puntas de prueba – Aproximadamente 40 cm en longitud

– Cuatro cables conductores aislados – Mínimo 50m de longitud; 100-150m preferible para sitios grandes

– Cinta métrica – Recomendado 30-50m

– Martillo – Opcional: Ubicación en Google Earth / GPS Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

AEMC® TERROMETRO MODELO 6470B

C2 P2 P1 C1

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Método Wenner de 4 Puntas – Visualmente encueste la área de medición. Determine la ubicación y las direcciones para las pruebas – No paralela a los objetos metálicos enterrados conocidos – No paralelas las líneas de tendido eléctrico – Distancia suficiente para permitir que la línea recta para la prueba – Una serie de mediciones; recomendable que incluye hasta de 100 o 150 metros

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Ejemplos de la Prueba de 4 Puntas

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Método Wenner de 4 Puntas – Puntas de prueba de unidad en el suelo en una línea recta o o o o

0m; 1m; 2m; 3m: “d” de 1m 0m; 3m; 6m; 9m: “d” de 3m 0m; 5m; 10m; 15m: “d” de 5m Etcétera: la distancia entre estaca siempre es igual. En general la distancia “d” es la profundidad que se puede “ver” abajo.

– Conecte el cable conductor del metro a las sondas – C1 to 0m

– P1 to 5m – P2 to 10m – C2 to 15m

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Método Wenner de 4 Puntas

C2

6m

P2

C1

P1

2m

4m

A Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

0m

Prueba de Resistividad de Suelo Interpretación de Información de 4 Puntas



4 AR 1

2A (A  4 B ) 2

2

 = Resistividad B

= Profundidad de las puntas



A (A B ) 2

2

A = Espacio entre puntas R = Resistencia (leyendo desde el medidor)

If A>20B, entonces  = 2 AR (ohm-m) = 1.915

AR (ohm-m)

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Prueba de Resistividad del Suelo Método Wenner de 4 puntas

Area de Prueba

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Prueba de Resistividad: ¿Por Qué Mediciones Múltiples?  Probabilidad de resistividad no uniforme  Capas subterráneas  Objetos metálicos subterráneos

 El valor del proyecto requiere muy buena puesta a tierra  El factor variable #1 en elaborar sistemas de puesta a tierra es la resistividad del suelo. El #2 de los variables es la calidad de material.  Podemos controlar la calidad de material. La única esperanza de “controlar” la resistividad es conocerla con una mediciones múltiples. Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

Método Wenner de 4 Puntas Espaciado de Puntas Lectura del medido Resistividad Calculada (Pies) (Ohmios) (Ohmios-Metros)

 = 1.915 AR 5

52.00

497.90

10

19.68

370.87

15

10.16

292.00

20

6.53

250.10

30

4.30

247.04

40

10.80

827.28

60

7.40

850.26

80

5.58

855.60

100

4.44

850.26

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Modelo de Suelo Basado en la Prueba 100m versus 40m Resistencia Aparante (Ohmios-metros)

Modelo de Suelo basado en una investigación de 100pies de profundidad

200

150

Esto quiere decir que posiblemente hay “algo” no uniforme bajo la superficie. La variación es casi 3:1 No podemos enfatizar demasiado la necesidad de hacer varias mediciones para proyectos de alto valor o valor estratégica.

100

Modelo de Suelo basado en una investigación de 40-pies de profundidad

50

0 0

50

100

150

Espaciamiento medio entre los electrodos (feet)

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Capas-Variación con Profundidad

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Capas-Variación con Profundidad

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Capas-Variación con Profundidad

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¿Cuál de estos va a resultar en menor resistencia con jabalinas de 3m?

Así se puede ver que tenemos que saber de las resistividades y sus variaciones a la profundidad Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

¿Por qué tenemos que saber la variación de resistividad a profundidad? Superficie mojada

Superficie mojada Mayor Resistividad: Casi impermeable

Capa relativamente mojada (arcilla)

Mayor Resistividad

Zona Freática

Zona Freática Zona Freática

Impermeable

Habrá problemas en elaborar una PAT de baja resistencia

Va a lograr una baja resistencia sí o sí

Si puede penetra la capa de mayor resistencia hay esperanza….

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¿Por qué tenemos que saber la variación de resistividad a profundidad?  En el próximo módulo vamos a encontrar las varias ecuaciones para la resistencia de un electrodo suelto.  Las ecuaciones son derivadas de “lo ideal”  suelos de resistividad uniforme  Cuando podemos determinar que los suelos son más o menos uniformes (variaciones de 2:1 o menos) las ecuaciones nos sirven  Cuando los suelos varían en una o más dimensiones tenemos que usar programas que comprenden tales variaciones para calcular la resistencia de un electrodo y/o un conjunto de muchos electrodos Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

Variación Resistividad vs Profundidad

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MÉTODO DE WENNER VS SCHLUMBERGER

El método Wenner se usa más para asesoramiento general de resistividades.

El método Schlumberger se usa más para la búsqueda de mineral, agua.

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¿Puede adivinar la resistividad de suelos en estas fotos?

Nos pagan para hacer milagros en Puesta a Tierra. Pero hasta nosotros tenemos nuestras limitaciones técnicas…..

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Resumen Métodos de Prueba de Resistividad del Suelo: – 4 Puntos: Wenner / Schlumberger – Profundidad de la prueba = Espaciamiento de puntas – El procedimiento de prueba más recomendado – Terrómetros recomendados: AEMC 6470 o equivalente

–

Fotos, descripción verbal, “terrenos visualmente semejantes” – De nada sirve – NO se puede diseñar un sistema de Puesta a Tierra sin mediciones de resistividad – NO puede “ver” a capas subterráneas Lyncole XPT® Puesta a Tierra “La Unión de Ciencia y Aterramiento ™

Una vez que sabemos que las resistividades son uniformes….

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