UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO Facultad de Ingenieria Mecánica, Electrónica y Biomédica Medición de Resistividad del Sueló ELECTIVA 3 – SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Código: 51133283 Docente: ING. CARLOS AVENDANO. Alejandró Lizarazó Vargas Códigó: 11131526804 Universidad Antonio Nariño Sede Sur FIMEB Facultad de Ingenieria Mecánica Electrónica y Biomédica Bogotá D.C. Marzo 2020 1. MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL SUELO. 1.1 Localización del Sistema de Aterramiento La localización del sistema de aterramiento depende de la posición estratégica ocupada por los equipamientos eléctricos importantes del sistema eléctrico en cuestión. Se cita, por ejemplo, la localización óptima de una subestación, debe ser definida tomando en consideración los siguientes ítems: Centro geométrico de cargas; Local con terreno disponible; Terreno accesible económicamente; Local seguro a las inundaciones; No comprometer la seguridad de la población. Por tanto, definida la localización de la subestación, queda definido el local de la malla de tierra. El local de aterramiento queda condicionado al sistema de energía eléctrica o, más precisamente, a los elementos importantes del sistema. Escogido preliminarmente el local, se deben analizar los temas nuevos, tales como: Estabilidad de la pedología del terreno; Posibilidad de inundaciones en el largo plazo:' Mediciones locales. De existir algún problema que pueda comprometer el adecuado perfil esperado del sistema de aterramiento, entonces se debe escoger otro local. 1.2 Mediciones del Local. Definido el local de instalación del sistema de aterramiento, se debe efectuar el levantamiento por medio de mediciones, para así obtener las informaciones necesarias para la elaboración del proyecto. La resistividad del suelo, que refleje sus características, por tanto, es un dato fundamental; por ello, se dará especial atención a su determinación. El levantamiento de los valores de resistividad se hace por medio de mediciones en campo, utilizando métodos de prospección geoeléctricos, dentro de los cuales, el más conocido y utilizado es el Método de Wenner. 1.3 Método de Wenner. Para el levantamiento de la curva de resistividad del suelo, aterramiento, en el local del se puede emplear diversos métodos, entre los cuales: Método de Wenner; Método de Lee; Método de Schlumbeger - Palmer. En este trabajo será utilizado el Método de Wenner. El método usa cuatro electrodos alineados, igualmente espaciados, clavados a una misma profundidad. El método utiliza un Megger, instrumento de medida de resistencia que posee cuatro terminales, dos de corriente y dos de potencial. El aparato, a través de su fuente interna, hace circular una corriente eléctrica I entre los dos electrodos externos que están conectados a los terminales de corriente C1 e C2. Pagina 2 Método de Wenner. Donde: R = Lectura de la resistencia en C) del Megger, para una profundidad "a" a = Espaciamiento de los electrodos clavados en el suelo p = Profundidad de los electrodos clavados en el suelo Los dos electrodos internos son conectados a los terminales P, e Pr. Así, el aparato procesa internamente e indica la lectura, o valor de la resistencia eléctrica. De acuerdo a la siguiente expresión. El método considera que prácticamente el 58% de la distribución de la corriente que pasa entre los electrodos externos ocurre a una profundidad igual al espaciamiento entre los electrodos. Penetración a una profundidad ¨a¨. La corriente alcanza una profundidad rnayor, que abarca un área correspondiente mayor de dispersión, teniendo, en consecuencia, un efecto que puede ser despreciado. Por tanto, para el caso del Método de Wenner, se considera que el valor de la resistencia eléctrica, leída del aparato, es relativo a una profundidad ¨a¨ del suelo. Los electrodos usados en este método deben tener aproximadamente 50cm de longitud y diámetros entre l0 a l5mm. El material de los electrodos de aterramiento debe tener las siguientes características: Que sea buen conductor de electricidad; Que sea de material, prácticamente, inerte a las acciones de los ácidos y sales disueltos en el suelo; Que el material sufra lo menos posible debido a la corrosión galvánica existente en el suelo: Pagina 3 Que sea de resistencia mecánica compatible para clavarse o removerse en el suelo. Los mejores electrodos son generalmente los que utilizan cobre: Se deben realizar diversas lecturas, para varios espaciamientos y con los electrodos siempre alineados. 1.4 Cuidados para la medición. Durante la medición se deben observar los siguientes ítems: Los electrodos deben estar alineados; Los electrodos deben estar igualmente espaciados; Los electrodos deben estar clavados en el suelo a una misma profundidad; se recomienda de 20 a 30cm; El aparato debe estar posicionado simétricamente entre los electrodos; Los electrodos deben estar bien limpios, principalmente libres de óxidos y grasas para posibilitar un buen contacto con el suelo; La condición del suelo (seco, húmedo, etc) durante la medición debe ser anotada; No se deben efectuar mediciones sobre condiciones atmosféricas adversas, tomando en cuenta la posibilidad de ocurrencias de caída de rayos; No dejar que animales o personas extrañas se aproximen al local; Se deben utilizar calzados y guantes aislados para ejecutar las mediciones; verificar el estado del aparato, inclusive la carga de la batería; Examinar la integridad de los conductores, principalmente lo relacionado al aislamiento; utilizar conductores del tamaño del espaciamiento de la medición ejecutada. Si se utilizan conductores con tamaños distintos a las medidas, no dejar que los excedentes de longitud de los conductores formen bobinas. En suelo con baja resistividad eléctrica, descontar la resistencia del conductor de la lectura medida. 1.5 Direcciones a Ser Medidas. Para un único punto de aterramiento, esto es, para cada posición del aparato, se deben efectuar medidas en tres direcciones, con ángulo de 60° entre sí, Para nuestro caso se tomaron las mediciones de la siguiente forma: Pagina 4 1.6 Análisis de las medidas. Toma de datos en terreno - Tabla 1. RESISTIVIDAD ELÉCTRICA MEDIDA (Ω*M) ESPACIAMIENTO A (M) 1 2 3 4 5 2 340 315 370 295 350 4 520 480 900 550 490 6 650 580 570 610 615 8 850 914 878 905 1010 16 690 500 550 480 602 32 232 285 196 185 412 Tabla 1 - Mediciones en campo. Efectuadas las mediciones, se debe realizar un análisis de los resultados para que los mismos puedan ser evaluados en relación a su aceptación o no. Esta evaluación lo hacemos por desviación estándar: 1) Calcular la media aritmética de los valores de la resistividad eléctrica para cada espaciamiento adoptado. Esto es: Es decir: ΡM(aj): n: Ρi(aj): q: Resistividad media para el respectivo espaciamiento aj. Número de mediciones efectuadas para el respectivo espaciamiento Valor de la enésima medición de la resistividad con el espaciamiento aj. Número de espaciamientos empleados Espaciamiento a Resistividad media (Ω*m) Resistividad electrica medida (Ω*m) (m) 1 2 3 4 5 2 340 315 370 295 350 = = 4 520 480 900 550 490 6 650 580 570 610 615 = 1010 = 8 16 32 850 690 232 914 500 285 878 550 196 905 480 185 602 412 334 588 605 911,4 = 564,4 = 262 Tabla 2 – Media Aritmética. 2) Proceder al cálculo de desviación estándar (S) para cada espaciamiento, medida en relación al valor medido y la media aritmética, como sigue: ∑(𝒙 − ̅̅̅ 𝒙)𝟐 𝑺=√ 𝑵−𝟏 Pagina 5 Numero de datos con un Resistividad electrica medida Media Aritmética Límite Máximo Límite Mínimo espaciamiento de 2m. (Ω*m) 1 340 334 360,34 307,66 Media Aritmética 2 315 334 360,34 307,66 Desviación Estándar 3 370 334 360,34 307,66 Límite Máximo 360,34 4 295 334 360,34 307,66 Límite Mínimo 307,66 5 350 334 360,34 307,66 334 26,34 Numero de datos con un Resistividad electrica medida Media Aritmética Límite Máximo Límite Mínimo espaciamiento de 4m. (Ω*m) 1 520 588 745,91 430,09 Media Aritmética 588 2 480 588 745,91 430,09 Desviación Estándar 157,91 3 900 588 745,91 430,09 Límite Máximo 745,91 4 550 588 745,91 430,09 Límite Mínimo 430,09 5 490 588 745,91 430,09 Numero de datos con un Resistividad electrica medida Media Aritmética Límite Máximo Límite Mínimo espaciamiento de 6m. (Ω*m) 1 650 605 633,28 576,72 Media Aritmética 605 2 580 605 633,28 576,72 Desviación Estándar 3 570 605 633,28 576,72 Límite Máximo 633,28 4 610 605 633,28 576,72 Límite Mínimo 576,72 5 615 605 633,28 576,72 28,28 Numero de datos con un Resistividad electrica medida Media Aritmética Límite Máximo Límite Mínimo espaciamiento de 8m. (Ω*m) 1 850 911,4 965,54 857,26 Media Aritmética 911,4 2 914 911,4 965,54 857,26 Desviación Estándar 3 878 911,4 965,54 857,26 Límite Máximo 965,54 4 905 911,4 965,54 857,26 Límite Mínimo 857,26 5 1010 911,4 965,54 857,26 54,14 , Numero de datos con un Resistividad electrica medida Media Aritmética Límite Máximo Límite Mínimo espaciamiento de 16m. (Ω*m) 1 690 564,4 640,12 488,68 Media Aritmética 564,4 2 500 564,4 640,12 488,68 Desviación Estándar 3 550 564,4 640,12 488,68 Límite Máximo 640,12 4 480 564,4 640,12 488,68 Límite Mínimo 488,68 5 602 564,4 640,12 488,68 75,72 Numero de datos con un Resistividad electrica medida Media Aritmética Límite Máximo Límite Mínimo espaciamiento de 32m. (Ω*m) Pagina 6 1 232 262 344,72 179,28 Media Aritmética 262 2 285 262 344,72 179,28 Desviación Estándar 3 196 262 344,72 179,28 Límite Máximo 344,72 4 185 262 344,72 179,28 Límite Mínimo 179,28 5 412 262 344,72 179,28 82,72 Tómamós lós datós de desviación estandar para para cada espaciamientó. Espaciamiento a (m) 2 4 6 8 16 32 Resistividad eléctrica medida (Ω*m) 1 2 3 4 5 340 315 370 295 350 520 480 900 550 490 650 580 570 610 615 850 914 878 905 1010 690 500 550 480 602 232 285 196 185 412 Resistividad media (Ω*m) Desviación estándar (S) 334 588 605 911,4 564,4 262 26,34 157,91 28,28 54,14 75,72 82,72 Tabla 3 – Desviación Estándar. A continuación, se presenta la Tabla 4 con el valor medio década espaciamiento el cual es el desvió relativo de cada medida, calculado a partir de los datos de la tabla 3. Puntación estándar asociada. Zi Zi = Xi − 𝑥̅ ∗ S Resistividad eléctrica medida (Ω*m) Espaciamiento a (m) 2 4 6 8 16 32 1 2 3 4 5 22,78 -72,13 136,67 -148,06 60,74 -43,06 -68,39 197,58 -24,06 -62,06 159,12 -88,40 -123,76 17,68 35,36 -113,41 4,80 -61,69 -11,82 182,12 165,87 -85,05 -19,02 -111,46 49,66 -36,27 27,80 -79,79 -93,09 181,33 Resistividad media (Ω*m) 334 588 605 911,4 564,4 262 Tabla 4 – Puntuación estándar asociada – desvío relativo. El trabajo se debe realizar con dos desviaciones estándar que son aproximadamente un 95,4% o cerca de 19/20 de todos los casos los cuales son descartados. Resistividad eléctrica medida (Ω*m) Espaciamiento a (m) 2 4 6 8 16 32 1 2 3 4 340 315 5 350 520 480 580 914 878 500 550 232 285 196 550 490 610 615 905 602 185 Resistividad media (Ω*m) 334 588 605,00 911,4 564,40 262 Tabla 4 – Resistividad media corregida. Pagina 7 Resistividad media corregida (Ω*m) 335,00 510,00 601,67 899,00 550,67 224,50 RESISTIVIDAD APARENTE Series1 Series2 Lineal (Series2) RESISTIVIDAD MEDIA CORREGIDA (Ω*M) 1100 1000 899,00 900 800 700 601,67 600 550,67 510,00 500 400 335,00 300 224,50 200 100 -5 0 5 10 15 20 25 ESPACIAMIENTO A (M) Espaciamiento a (m) Resistividad media corregida (Ω*m) 2 4 6 8 16 32 335,00 510,00 601,67 899,00 550,67 224,50 Tabla 5 – Resistividad del suelo medido. Pagina 8 30 35 40 BIBLIOGRAFIA. CAMPAGNOLO., G. K.-J. (2010). ATERRAMIENTO ELECTRICO. Lima - Peru: Geraldó Kindermann. Pagina 9
