Resistividad

Ing. ABEL C. CATAY BUITRON

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Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

METROLOGIA E INSTRUMENTACION ELECTRICA

RESISTIVIDAD ELECTRICA DE SUELOS



RESISTIVIDAD ELECTRICA DE LOS CUERPOSRESISTIVIDAD ELECTRICA DE LOS CUERPOSLa resistividad elctrica de un material describe la dificultadque encuentra la corriente a su paso por l.La resistencia elctrica que presenta un conductor homogneoviene determinada por la resistividad del material que loconstituye y la geometra del conductor.As, para un conductor rectilneo y homogneo de seccin s ylongitud l, la resistencia elctrica es:

Y la resistividad

La unidad de resistividad en el SI es el Ohm por metro ( . m)


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En la realidad todo los cuerpos son elctricamente conductores,porque permiten en mayor o menor medida, el paso deportadores de cargas elctricas.Estos portadores pueden ser electrones o iones (positivos onegativos). Entonces debemos distinguir dos tipos deconductividad: electrnica e inica.Los metales y semiconductores son cuerpos con conductividadelectrnica.Los cuerpos con conductividad inica se conocen comoelectrolitos, y se pueden presentar en forma gaseosa. (enlacescovalentes)

Definicin de la Norma DGE:TERMINOLOGIA EN ELECTRICIDAD


RESISTIVIDAD ELECTRICA DEL SUELO

Por su propia naturaleza la tierra podra ser considerada como unperfecto conductor de la electricidad y su resistencia vienedeterminada por la resistividad de su capa superior, es decir, elsuelo.En la realidad, el suelo en s mismo es un buen aislante (grancontenido de oxido de silicio y oxido de aluminio, altamenteresistivos), solamente llega a hacerse conductor (con pocasexcepciones) por el contenido de electrolitos, el cual consiste deminerales y sales disueltas en agua (suelo hmedo).El agua desmineralizada es un aislante y solamente esconductora cuando contiene sales solubles en ella.Si se explica el tema desde el punto de vista de la conductividad(1/), estamos ante un fenomeno basicamente electroquimico oelectrolitico, entonces va a depender de la cantidad de aguadepositada, nivel de humedad, y la cantidad de sales.


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El efecto del agua en la resistividad del suelo depender de lacantidad de sales disueltas. Y viceversa?Consiguientemente la resistividad del suelo depender de lascondiciones climticas, de su habilidad para retener el agua, desu compactacin, etc. La conduccin del terreno es fundamentalmente electroqumica !

Los terrenos no son uniformes y presentan capas diferentes. Porello cuando se mide la resistividad se esta midiendo laresistividad aparente.La mejor evaluacin ser medir la resistividad de cada capa susprofundidades y espesores.A medida que aumenta el tamao de las partculas del terrenoaumenta la resistividad. La grava tiene mayor resistividad que laarena, y sta mayor resistividad que la arcilla.


La resistividad de los suelos () se expresa en -m, quecorresponde a la resistencia de 1 ohm de un cubo de 1 m3 desuelo o aguas medidos entre sus paredes laterales.


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FACTORES QUE DETERMINAN LARESISTIVIDAD DE LOS SUELOS

Naturaleza de los suelos. La humedad La temperatura del terreno La concentracin de sales disueltas. La compactacin del terreno. La estratificacin del terreno.


NATURALEZA DE LOS SUELOS

Los suelos pueden ser buenos, regulares o malos conductores de lacorriente elctrica dependiendo de su naturaleza. Sin embargo,dado los volmenes que entran en juego, es posible conseguir unaconduccin aceptable. Suelos arcillosos, arenosos y rocososalgunas veces tienen una resistencia elevada, por lo que puedenconsiderarse como conductores pobres.La GRANULOMETRIA se relaciona con el tamao del grano quecompone predominantemente el suelo y sus caractersticashigroscpicas (absorcin) y retencin del agua.El efecto de esta condicin es:

ResistividadVolumen grano

Grado de unin (Compactacin) Forma de cristales

Tamao de grano


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Para el diseo e instalacin de una sistema de puesta a tierrael primer paso debe ser el conocimiento del terreno.La resistividad del terreno define la resistencia de puesta atierra de un electrodo.


VALORES ORIENTATIVOS DE LA RESISTIVIDAD EN FUNCION DEL TERRENO


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Fuente: MANUAL THOR-GEL



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VALORES MEDIOS APROXIMADOS DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO

FORMULAS SIMPLIFICADAS PARA ESTIMAR LA RPT EN FUNCION DE LARESISTIVIDAD DEL TERRENO Y LAS CARACTERISTICAS DEL ELECTRODO



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LA HUMEDADLa resistividad de un terreno tiene relacin directa al porcentajede humedad que ste presenta (estado hidromtrico).Al aumentar la humedad disminuye la resistividad. Al disminuir lahumedad aumenta la resistividad. Esta relacin no es linealporque la resistividad presenta saturacion cuando el porcentajede humedad aumenta.

Resistividad de un terrenoarcilloso en funcin de lahumedad del suelo h.


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Debido a que la conduccin de corriente es mayormenteelectroltica, la humedad facilita la disociacin de las sales en ionespositivos y negativos; al haber ms humedad hay mayorconductividad y por lo tanto menor resistividad.

Variacin de la resistividad en funcin de la humedad.


Muchas veces, una manera de reducir la resistencia de puesta atierra es humedeciendo el terreno a lo largo del tiempo, lograndoas valores bajos de resistividad. Hay algunas instalaciones quetiene prevista una tubera de agua, la que utilizan para manteneruna concentracin de humedad en todas las pocas y duranteaos; manteniendo valores bajos de resistividad.


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TEMPERATURAComo caracterstica de una resistencia, la resistividad delterreno aumenta cuando se incrementa la temperatura, perocuando se esta a 0 C y menos la resistividad aumentabruscamente. El hielo se comporta como aislante.

Poca incidenciapara temperaturassuperiores al puntode congelamiento !

En lugares fros oglidos se debeninstalar puestas atierra a mayorprofundidad paraevitar temperaturasde congelamiento.


La resistividad del suelo es aproximadamente independiente de latemperatura hasta que alcanza el punto de congelamiento; en esemomento la resistividad del suelo se incrementa muyrpidamente pareciendo que no hay virtualmente ningn contactocon la tierra, la razn de ello es debido a que no hay disociacinde sales.


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CONCENTRACION DE SALES DISUELTASLa mayor concentracin de sales disueltas, mejora notablementela conductividad. La resistividad disminuye.Las lluvias o riego excesivo lavan las sales contenidas en la poza!

Tambin laconcentracin desales disueltas sesatura como lahumedad y en stepunto un mayorincrementocontribuyemnimamente adisminuir laresistividad delterreno.

Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 24Variacin de la resistividad en funcin al contenido de sales.

El contenido de sales produce una menor resistividad nter granular, lo cualpermite circular corrientes con mayor facilidad y adems, la sal (NaCl) es unmaterial que absorbe con facilidad la humedad (higroscopico) al igual que elcemento y el carbn vegetal, pero..


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COMPACTACION DEL TERRENOCuando el terreno est mas compactado disminuye la resistividad.Implica un mayor contacto entre el electrodo y el terreno.El grado de compactacin altera el valor de la resistividad, debidoa la unin de los granos.

Relacin directa alalmacenamiento deagua, y

Relacin inversa aintersticios de aire.


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ESTRATIFICACION DEL TERRENOEl suelo esta formado por estratos (capas) a diferentes profundidadesy con diferentes resistividades. Debido a la formacin geolgica,generalmente son paralelas a la superficie.La instalacin de una puesta a tierra en una capa de mayorresistividad conduce a una alta resistencia de puesta a tierra.Para el conocimiento de las resistividades de las capasnecesariamente debern realizarse mediciones para poder determinarel valor de la futura puesta a tierra.Entonces la resistividad del terreno depende de las caractersticas delas capas.

Anisotropa o grado de desorden


COMPORTAMIENTO DE LAS CAPAS DE UN TERRENO


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Otros factores del suelo que tienen una repercusin directaen lo que respecta al diseo de SPAT:

Permitividad ()Tiene repercusin directa en el comportamiento transitorio.

Factor de ionizacin (particular de cada tipo de suelo)Implica la ionizacin de suelo (Efecto corona) por la aplicacin deuna alta intensidad de campo elctrico.

PHInfluye significativamente en la vida til del SPAT por corrosin.


MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENOLa medicin de la resistividad del terreno es la razn msimportante para los electricistas al disear sistemas de puesta atierra.La resistividad es un factor determinante en el valor deresistencia a tierra que pueda tener un electrodo enterrado, sepodra determinar a que profundidad debe ser enterrado elmismo para obtener un valor de resistencia bajo.La resistividad puede variar ampliamente en terrenos que tenganlas mismas caractersticas, su valor cambia con las estaciones, elcontenido de electrolitos: humedad, minerales y sales disueltas.Tambin es influenciada por la temperatura.Un suelo seco tiene un alto valor de resistividad si no contienesales solubles. (sales comerciales).


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CONSIDERACIONES PARA LA MEDICIONAl margen de otras consideraciones, el instrumento de medidadeber ser de corriente alterna por las siguientes razones:

A. La aplicacin de C.D. en el agua con sales disueltas podra darlugar a fenmenos electrolticos que confundiran los resultados.

B. En el suelo a veces estn presentes corrientes parsitas ovagabundas (fugas a tierra) a frecuencia del sistema elctrico (60 50 Hz). Particularmente en las inmediaciones de instalacionesde potencia, stas podran falsear la medida.Empleando corriente alterna en la medida a una frecuenciadiferente a la industrial (60 Hz), puede sintonizarse la respuestadel equipo de modo que resulte improbable la influencia externa.Para la medicin de la resistividad del terreno y la resistencia detierra ser conveniente realizar las mediciones con el terrenoseco, por lo menos a una semana despus de la ltima lluvia.


El mtodo ms utilizado por los electricistas para realizar lasmediciones es el de Wenner. (Desarrollado por Frank Wenner en1915)Para la medicin se disponen 4 electrodos en lnea recta yequidistantes una distancia "a", simtricamente respecto al puntoen el que se desea medir la resistividad del suelo, posteriormente,el equipo de medida es un telurmetro de cuatro terminales, loselectrodos externos son los de inyeccin de la corriente y loscentrales los encargados de medir la cada de potencial (en funcinde la resistencia y la corriente inyectada).

A number ofmeasuringtechniques aredescribed indetail in IEEEStd 81-1983.

Wenner four-pinmethod


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Sinptico delmedidor de tierras

Disposicinhabitual del mtodode Wenner


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El valor obtenido con la medicin es sustituido en la expresinobtenindose un valor promedio de resistividad aparente a unaprofundidad equivalente a la distancia "a" entre los electrodos:

Donde:a : Distancia entre electrodos en metrosb : Profundidad del electrodo en metrosR : Valor de resistencia obtenido en la medicin con eltelurmetro (R = V/I)Si a > 20b la expresin anterior se puede aproximar a:

(con a en m )(con a en pies)


OTRAS DISPOSICIONES DE LOS ELECTRODOS ENEL METODO DE WENNER PARA OBTENER


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Mtodo de Schlumberger para la medicin deresistividad de suelos.

En este mtodo las picas, varillas o barras tambin seubican en lnea recta. Respecto del centro de la medicin,las varillas de corriente y de tensin equidistan una longitudL y s respectivamente.


La longitud L representa, en este mtodo, la evaluacin dela resistividad del suelo a la profundidad L.

Tambin este mtodo conduce a la determinacin de unaresistividad aparente a que representara la de un terrenohomogneo.La siguiente expresin calcula a en funcion a losparametros: resistencia medida por el terrometro, y lasseparaciones entre picas de tensin y corriente.


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Con este mtodo la medicin de resistividad es mas gil y esusado en lugares donde no hay mayor espacio, ya que solo sevaria la distancia entre las varillas de corriente.Se necesita contar con instrumentos de mayor sensibilidad,porque a mayores profundidades de evaluacin eltelurmetro medir pequeas resistencias (< 1 ohm).Otra configuracin que se debe confrontar con la anterior es:

En este caso laresistividad resulta:

Generalmente la relacinb/a debe ser un numeroentero.


Criterios prcticos a tener en cuenta almedir la resistividad del terreno:

La profundidad de los electrodosno debe sobrepasar 30 cm. Es conveniente que se realicenmediciones en diferentesdirecciones para un mismo sondeo,por ejemplo de Norte a Sur y deEste a Oeste, debido a lascaractersticas de anisotropa de lossuelos. Al elegir la profundidad de exploracin no se recomiendanprofundidades mayores a los 8 metros puesto que es muy difcilpoder llegar con las tomas de tierra hasta esos niveles, estoimplica separaciones interelectrdicas hasta 11 metros.


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No es conveniente que lasmediciones se realicen dondeexistan tomas de tierra o tuberas.Se obtienen resultado errados.

Si se quiere conocer laresistividad existente en unapuesta a tierra, es obligatoriorealizar la medicin en una zonacercana a la misma, concaractersticas similares y con lamisma conformacin geolgica.

Al realizar las mediciones endiferentes direcciones, (norte-sur,este-oeste, etc.) los valores deresistencia obtenidos para cadaseparacin entre electrodos apueden ser promediados, nopueden ser promediados valoresobtenidos con diferentes a.


Con estos valores obtenidos se traza la curva de resistividad, porla cual se selecciona, a que profundidad deben ser enterrados loselectrodos.


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Medidasrealizadas en elterrenoadyacente a laspozas de PT deIng. Qumica



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MODELAMIENTO DE SUELOSInterpretacin de las medidas de resistividad del suelo realizadasen el campo es la parte mas difcil del proceso de determinacinde la resistividad. El objetivo fundamental es obtener un modelodel suelo que sea aproximadamente igual al suelo existente.Tngase en cuenta la anisotropa de los suelos.Los modelos de suelo mas utilizados es el modelo de suelouniforme y el modelo de suelo de dos capas. El modelo de doscapas es un aproximado de muchas estructuras de suelo, losmodelos de mltiples capas son utilizados para suelos mascomplejos.Un modelo de suelo uniforme se utiliza solo cuando existe unavariacin moderada en la resistividad aparente, que raramenteexiste.Una representacin mas exacta de un suelo es el modelo de doscapas que consiste en una capa superior de profundidad finita yuna capa inferior de profundidad infinita, ambas de diferenteresistividad.


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SUPOSICION DE SUELO UNIFORMEUn modelo de suelo uniforme se puede utilizar en ves de uno dedos capas cuando no se tenga las herramientas de calculo. Unaproximado de suelo uniforme se puede tener tomando elpromedio aritmtico de las resistividades aparentes.

Modelo de suelo a dos capas.


Ejemplo de modelo de suelos: se modelar el suelo con las resistividadesaparentes medidas.


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Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 49Suelo homogneo?


3258

41263607

4533

43054004

47525221

Resistividad(ohm-m)

Reparacin(m)

Suelo homogneo?

Resistividad

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