Guía de diseño de sistemas de puesta a tierra en plantas industriales (7ª PARTE)

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Resistividad de suelos

La resistividad de la tierra puede reducirse del 15 – 90 % por tratamiento químico, dependiendo del tipo de textura del suelo. Hay varios agentes químicos convenientes para este propósito, incluyendo cloruro sódico, sulfato de magnesio, sulfato de cobre, y cloruro de calcio. La sal común y el sulfato de magnesio son los más comúnmente usados.

Los agentes químicos generalmente se aplican colocándolos en una trinchera circular alrededor del electrodo de manera que se prevenga un contacto directo con el electrodo. Mientras que los efectos del tratamiento no serán aparentes durante un periodo considerable, pueden ser acelerados saturando el área con agua. También, tal tratamiento no es permanente y debe ser renovado periódicamente, dependiendo de la naturaleza del tratamiento químico y las características del suelo.

Electrodos existentes

Todos los electrodos de puesta a tierra caen en una de dos categorías: aquellos que son una parte inherente de la estructura o sus cimentaciones, y aquellos que han sido específicamente instalados para propósitos de puesta a tierra.

Por seguridad de la puesta a tierra y para pequeños sistemas de distribución donde las corrientes de tierra son de magnitud relativamente baja, se usan tales electrodos de tuberías de agua metálicas enterradas ya que son económicas. Sin embargo, antes de colocar estos electrodos de forma fiable, es esencial que su resistencia a tierra sea medida para asegurar que alguna discontinuidad no prevista no afecta seriamente su conveniencia. El uso de tuberías de plástico en un nuevo sistema de agua eliminarán el valor de la puesta a tierra del electrodo. Incluso las tuberías de hierro o acero pueden incluir juntas que actúan como aisladores. Los sistemas de tubería interiores que puedan ser energizados deben ser conectados al conductor de puesta a tierra del sistema. Si el sistema de tuberías contiene un elemento diseñado para permitir su retirada fácil, tal como un contador de agua, se utilizará un puente sobre ese elemento.

Electrodos de tierra encastrados en hormigón

El hormigón bajo el nivel de tierra es un buen conductor eléctrico, con una resistencia de tierra moderadamente baja. Consecuentemente, los electrodos encastrados en hormigón actuarán como excelentes electrodos de tierra.

Crear un electrodo encastrando un electrodo metálico en hormigón probablemente no será económico, pero la mayoría de los establecimientos industriales emplean metales encastrados en hormigón para otros propósitos. El acero de refuerzo en las cimentaciones de hormigón es un buen ejemplo. El encastrado de acero en hormigón, además de contribuir a una baja resistencia de tierra, sirve para inmunizar el acero contra la desintegración corrosiva, tal como la que tiene lugar si el acero está en contacto directo con tierra. Aunque cobre y acero estén en contacto cada uno con otro dentro del lecho de hormigón húmedo, la desintegración destructiva del elemento de acero no tiene lugar.

Las barras de refuerzo de acero en los pilares de las cimentaciones usualmente consisten en grupos de cuatro o más elementos verticales mantenidas por anillas cuadradas espaciadoras horizontales en intervalos regulares. Las mediciones muestran que tales pilares tienen una resistencia de electrodo de alrededor de la mitad de la resistencia de una varilla de tierra simple  a la misma profundidad en tierra.

El cable de cobre encastrado en hormigón es similarmente beneficioso, un hecho especialmente valioso bajo circunstancias de alta resistividad de tierra.

El cable de cobre en hormigón es similarmente beneficioso, un hecho que puede ser de valor particular bajo circunstancias de alta resistividad de tierra.

Electrodos fabricados

Los electrodos fabricados pueden dividirse en electrodos, tiras o cables enterrados, rejillas, placas enterradas y contrapesos. El tipo seleccionado dependerá del tipo de suelo encontrado y la profundidad disponible. Los electrodos generalmente son más satisfactorios y económicos donde el lecho de rocas está a 3 m o más bajo la superficie, mientras las rejillas, tiras enterradas, o cables son preferidos para menores profundidades. Incrementar el diámetro de una varilla de tierra tiene poco efecto, mientras que incrementar la longitud si tiene un efecto significativo en la reducción de la resistencia a tierra. Las rejillas se usan frecuentemente en subestaciones o estaciones de generación para proporcionar áreas equipotenciales en toda la estación donde los riesgos para la seguridad y las propiedades justificarían un coste más alto.  También se requiere menos cantidad de material enterrado por ohmio de conductancia de tierra. Las placas enterradas no se han usado en los últimos años debido a su mayor coste comparado con varillas o tiras. Asimismo, cuando se usan en pequeño número, son el tipo menos fiable de electrodo. El contrapeso es una forma de electrodo de cable enterrado, y su uso está generalmente confinado a localizaciones que tienen suelos de alta resistencia, tales como arena o roca, donde otros métodos no son satisfactorios.

Corrosión galvánica

Se ha desarrollado una conciencia creciente de posible agravamiento de la corrosión galvánica de los elementos de acero enterrados si los contactos se realizan con metales disimilares, tal como el cobre.

El resultado ha sido una tendencia a buscar un diseño del electrodo de tierra eléctrica que es, galvánicamente, neutra con respecto a la estructura de acero. En algunos casos, el diseño de electrodo de tierra emplea electrodos metálicos de acero expuesto con interconexiones de cable de cobre.

La corrosión del acero enterrado tiene lugar incluso sin una conexión cruzada a metales disimilares enterrados. La superficie expuesta del acero enterrado inherentemente contiene partes del material conductor disimilar, fragmentos de metal extraños, o inclusiones de escoria, que crean células galvánicas locales y corrientes de circulación locales. En los puntos donde la corriente deja la superficie metálica, los iones metálicos dejan el metal parental y se produce una corrosión destructiva. Las conexiones cruzadas a metales disimilares pueden agravar la tasa de corrosión, pero no es la única causa de acción.

La tecnología de ingeniería eléctrica reconocería el problema y busca diseños de electrodos de tierra que no producirán un incremento en la tasa de desintegración corrosiva de elementos metálicos enterrados no eléctricos. Una prioridad imperiosa dicta que el electrodo de tierra eléctrico en sí mismo no sufra destrucción por corrosión galvánica. La economía relativa será un factor inevitable en la elección del diseño.

Podemos afrontar este problema entendiendo el modelo de comportamiento eléctrico del metal encastrado en hormigón de bajo grado. La relación del acero encastrado en hormigón respecto a la corrosión galvánica es la siguiente:

a)      Hay generalmente una extensa disposición de elementos de refuerzo de acero encastrados en hormigón dentro de las cimentaciones y zapatas, que colectivamente forman una enorme área de superficie total, resultando en valores de densidad de corrientes extremadamente bajas en la superficie de acero.

b)      Las barras encastradas en el hormigón en sí mismas constituyen una conexión de tierra de baja resistencia permanente excelente con poca penalización económica.

c)       El flujo de corriente a través de los límites de acero – hormigón no desintegra el acero como si el acero estuviese en contacto con tierra.

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