FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

2014

DISEÑO Y

CONSTRUCCIÓN DE

POZOS A TIERRA Trabajo N°06

- Gonzales Pajuelo, Matt

- Malca Leandro, Iván

- Ramos Figueroa, Denisse

- Roque Padilla, Claudia

U N I V E R S I D A D N A C I O N A L D E I N G E N I E R Í A

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE POZOS A TIERRA 2014

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE POZOS A TIERRA

I. Definición de un pozo a tierra

Se entiende como pozo a tierra a la conexión de un conductor eléctrico (electrodo) enterrado

en el suelo con la finalidad de dispersar corrientes eléctricas y captar el potencial de referencia

cero.

Las cargas eléctricas pueden tener origen natural o atmosféricos como en el caso de los rayos o

artificiales como los originados por las instalaciones eléctricas defectuosas, sobrecargas,

cortocircuitos, fallas de aislamiento y las descargas estáticas.

i. Potencial de referencia cero en la Tierra (suelo)

Si se conecta un conductor con carga Q1 y potencial V1 a otro conductor, con carga Q2 y

potencial V2, tendremos una distribución de cargas hasta que el potencial de ambos

conductores sea el mismo (Fig. 1)

Fig. 1 Potencial eléctrico entre dos conductores

Al considerar la Tierra (el planeta) como una fuente infinita de carga o como un conductor

esférico de capacidad infinita (r _ _) , el potencial de referencia de este gran conductor es

cero

cualquier conductor conectado a Tierra, tomará o cederá de él, las cargas necesarias para

que el potencial de ambos sea igual. Al considerarse nulo el potencial del conductor Tierra,

cualquier conductor conectado a Tierra su potencial es cero. Como la carga eléctrica q,

aplicada en un medio de conductividad ó (o su inversa que es la resistividad ñ) y

permitividad dieléctrica Ã¥0 pueden ser reemplazada por una inyección de

corriente I utilizando la relación:

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se obtiene de esta forma, la distribución del potencial eléctrico producido por una

inyección puntual de corriente I en un medio de resistividad homogénea ñ

II. Objetivo de la instalación de un pozo a tierra

En la instalación de un pozo a tierra la conexión entre el electrodo desnudo en contacto directo

con el suelo, permiten la conducción y dispersión de las corrientes eléctricas, para brindar

seguridad eléctrica y asegurar el correcto funcionamiento de los aparatos conectados al

circuito eléctrico. Con la instalación se tienen dos objetivos importantes:

a. Evacuar y dispersar las corrientes eléctricas con mínima resistencia.

b. Proveer a las masas eléctricas el potencial de referencia cero, debido a que la tierra se

comporta como un conductor infinito de carga, que hace que su potencial eléctrico

sea cero. (V=0).

c. Eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos

utilizados.

El sistema de protección está basado, principalmente, en no permitir la existencia de tensiones

entre diferentes masas metálicas o entre éstas y el suelo, superiores a 24 V en viviendas y

locales húmedos, o 50 V en locales secos. Estos valores son los máximos que puede soportar el

cuerpo humano sin peligro de lesiones graves.

Fig.2 Funcionamiento de una puesta a tierra

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III. Diseño de una puesta a tierra

Dependiendo de los artículos a proteger se debe de procurar que la resistencia del sistema sea

el adecuado, pero como condiciones generales podemos precisar que un buen sistema de

tierra además de tener un valor de resistencia bajo, debe de tener continuidad entre sus

elementos, debe de precisar poco o ningún mantenimiento y debe de ser capaz de poder

garantizar su funcionamiento eficaz por mucho tiempo.

Condiciones a tener en cuenta al diseñar un sistema de puesta a tierra

Además de las condiciones generales mencionadas en el párrafo anterior se deben de tener en

cuenta otros detalles como:

Una ubicación adecuada, esta no deberá de interferir con otras construcciones previas sean

estos muros, tuberías subterráneas, instalaciones eléctricas a fin de evitar accidentes.

Una medición de la resistividad del terreno hecha con un Telurómetro nos permitirá saber

dónde estamos parados es decir de que está compuesto el suelo bajo nuestros pies, pues según

la proporción de los componentes (arena, piedra, arcilla, humedad, temperatura, cantidad y

tipo de sales minerales etc.) la dificultad de obtener buenos valores en un sistema a tierra

variara desde sencillo hasta muy complicado. Cada terreno por tanto amerita un diseño en

función de sus características a fin de obtener el sistema más eficiente y a la vez más

económico para el cliente. Se recomienda hacer esta medición para poder decidir de forma

acertada la profundidad a la que se deben ubicar los electrodos para ser mas eficientes.

Tipos de instalaciones de puesta tierra según su diseño las puestas de tierra se dividen en

verticales (llamados comúnmente pozos), horizontales (llamados comúnmente zanjas) y la

combinación de ambos a los que se denomina mallas. El uso de uno a más de estos elementos

interconectados son los que hacen que en conjunto el sistema llegue al valor adecuado.

Fig.3 Representación esquemática de una puesta a tierra

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i. Resistividad y resistencia del suelo

Los parámetros de resistividad y resistencia, tienen significados diferentes. La resistividad

eléctrica ñ del suelo describe la dificultad que encuentra la corriente a su paso por él. De

igual manera se puede definir la conductividad ó como la facilidad que encuentra la

corriente eléctrica para atravesarlo. La resistencia eléctrica viene determinada por la

resistividad del suelo y su geometría [5]. Al considerar el suelo como un conductor rectilíneo

y homogéneo de sección S y longitud L, su resistencia eléctrica y resistividad son:

El suelo es una mezcla de rocas, gases, agua y otros materiales orgánicos e inorgánicos. Esta

mezcla hace que la resistividad del suelo aparte de depender de su composición interna,

dependa de otros factores externos como la temperatura, la humedad, el contenido de

sales, etc., que pueden provocar que un mismo suelo presente resistividades diferentes con

el tiempo (Tabla 3.1, 3.2 y 3.3).

Variación de la resistividad con la temperatura

Tabla 3.1: Terreno arcillo-arenoso con 15% de humedad

Variación de la resistividad con la humedad

Tabla 3.2: Terreno arcillo-arenoso a 10ºC]

Variación de la resistividad con el contenido de sales

Tabla 3.3: Terreno arcillo-arenoso con 15% de humedad a 10ºC

Otro factor que influye más directamente sobre la resistividad, es el carácter geológico del terreno. En la Tabla 3.4 se indican los valores para los diferentes tipos de suelos, donde se ve que la resistividad del terreno puede tener valores muy distintos en función del tipo de terreno de que se trate (de 106 _-m a 0.1 _-m).

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Tabla 3.4: Valores de resistividad para rocas y terrenos comunes

La mayoría de los terrenos, no son homogéneos, están formados por diversos estratos

normalmente horizontales, y paralelos a la superficie del suelo. Debido a la estratificación

del terreno, se obtiene una resistividad aparente ña, donde la dispersión de la corriente, en

cada capa, se da de acuerdo a su resistividad.

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ii. Selección e instalación del Electrodo

El electrodo es el componente del sistema de puesta a tierra que está en contacto directo con el suelo y proporciona el medio para botar o recoger cualquier tipo de fuga de corriente a tierra. El electrodo debe tener buena conductividad eléctrica y no corroerse dentro del suelo; el más usado es el cobre electrolítico de pureza 99.9%. El electrodo puede tomar diversas formas: barras verticales, conductores horizontales, placas, etc.

iii. Electrodo vertical en pozo

Son las que más se aplican por el mínimo espacio que necesitan, se usa un electrodo simple tipo varilla de cobre (jabalina), siendo las medidas estándar, para su longitud L: 2.0, 2.5 y 3.0m , con un diámetro d: 0.025m y 0.013m (Fig 2.3), siendo su resistencia:

iv. Electrodo horizontal en zanja

Se aplican poco, se emplea un electrodo simple de cobre tipo platina o un conductor desnudo (Fig. 2.4), su resistencia es:

IV. Construcción de un pozo a tierra

Ejemplo de la construcción de un pozo a tierra con cemento conductivo. Un pozo a tierra con cemento conductivo se puede construir de modo horizontal o de modo vertical.

i. Pozo vertical

Realizar una excavación de un pozo de 80 cm. de diámetro por una profundidad de 2.60

metros.

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Si se va a emplear un tubo plástico de 4” para realizar el relleno del contorno de la varilla de

cobre se necesitará una bosla de 25 Kgs. de cemento conductivo.

Si se va a emplear un tubo plástico de 6” se necesitará 2 bolsas de cemento conductivo de

25 Kg. cada una.

Y por último si se usa un tubo PVC de 9” de diámetro, la necesidad de cemento conductivo

crecerá a 3 bolsas de 25 Kg.

Luego se corta un tramo de aproximadamente 30 cm tubo PVC de la dimensión que se elija

(4”, 6”, 9”)

Pasar por la varilla presentada al centro del pozo y deberá quedar a unos 20 cm. bajo el

nivel del piso.

Rellenar la tubería y luego rellenar los contornos externos al tubo, es decir del pozo con

tierra de cultivo tamizada y mezclada con sal y bentonita.

Subir el tubo un tramo de 25 cm. y repetir el procedimiento de llenado del tubo PVC con

cemento conductivo, una vez lleno el segundo tramo vuelve a rellenar y compactar tierra a

su alrededor en toda la amplitud de la excavación del pozo, repetir los pasos hasta llegar a

dejar solo 20 cm. de varilla descubierta que servirá para colocar los conectores y los cables

de la línea a tierra.

Fig. 4 Pozo a tierra vertical

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Fig.5 Instalación de un pozo a tierra

ii. Pozo Horizontal Realizar un excavación tipo zanja de 50 cm. de ancho por una profundidad de 60 cm. y una

longitud de 2.40 cm.

En este caso se deberá doblar la varilla en L (es decir 90 grados) a una distancia de 40 cm. de

la parte superior.

Para un mejor entendimiento, la parte superior de la varilla es la que no acaba en punta.

En este caso solo se necesitará compactar unos 10cm de tierra combinada con Sal y

Bentonita.

Sobre ese terreno se puede colocar un par de listones de 2.30 m de largo y unos 4 cm. de

alto, luego echar una capa de cemento conductivo de unos 2 cm. de espesor y asentar sobre

esa mezcla la varilla de cobre, dejando la parte doblada para que sobresalga por la caja de

registro.

Volver a vaciar unos 2 cm más de cemento conductivo sobre la varilla y la mezcla anterior

haciendo una especie de sándwich con la varilla.

Para la parte doblada en L y que sobresale por la caja de registro, emplear un corte de 20

cm de tubería PVC de 6” y colocarla teniendo cuidado que la varilla quede en el centro

exacto, vaciar allí más cemento conductivo y antes que endurezca retirar el molde plástico.

Esperar unos minutos que seque y tome fuerza y rellenar toda la zanja con la mezcla

tamizada de tierra de cultivo, sal y bentonita bien mezcladas creando una mezcla uniforme.

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Fig.6 Diagrama de un pozo a tierra horizontal

V. Web-grafía

- http://www.marcombo.com/Descargas/8496334147-

INSTALACIONES%20EL%C3%89CTRICAS%20DE%20INTERIOR/UNIDAD%2010.pdf

- http://pozosatierra.com/1-conductivo.html

- http://www.pozoatierra.com/puesta_a_tierra.htm

- http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/tesis/basic/qqueshuayllo_cw/qqueshuayllo_cw

.pdf