resistividad final

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OBJETIVOS

OBJETIVOS

Realizar la medicin de resistividad del terreno en una zona especfica de la universidad, teniendo en cuenta los conceptos manejados en clase.

Familiarizarse con el equipo de medida de resistencia de puesta a tierra, telurmetro Megger con el cual es el mas utilizado en el campo laboral.

En base a los datos obtenidos determinar la resistividad del terreno, modelado como una sola capa, evaluar si es un valor tolerable y de lo contrario aplicar el mtodo grfico de Sunde, modelando el suelo con dos capas y obtener un nuevo perfil de resistividades.

Reconocer la importancia de la resistividad del terreno al momento de instalar un Sistema de Puesta a Tierra y evaluar si est es apropiada o debe mejorase por medios artificiales dependiendo de la necesidad de trabajo.

MARCO TERICOLA TIERRA Y LA RESISTIVIDADEl factor ms importante de la resistencia a tierra no es el electrodo en s, sino la resistividad del suelo mismo, por ello es requisito conocerla para calcular y disear la puesta a tierra de sistemas.

La resistividad del suelo es la propiedad que tiene ste, para conducir electricidad, es conocida adems como la resistencia especfica del terreno. En su medicin, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que stos no suelen ser uniformes en cuanto a su composicin, obtenindose lo que se denomina "Resistividad Aparente" que parael inters de este trabajo, ser conocida simplemente como "Resistividad del Terreno". En la NOM-022-STPS-1999 se define el trmino resistividad, como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un cubo de terreno de un metro por lado.

De acuerdo con la NOM-008-SCFI-1993, Su representacin dimensional debe estar expresada en Ohm-m, cuya acepcin es utilizada internacionalmente.

La resistividad del terreno vara ampliamente a lo largo y ancho del globo terrestre, estando determinada por:

Sales solubles

Composicin propia del terreno

Estratigrafa

Granulometra

Estado higromtrico

Temperatura

Compactacin TENDENCIAS DEL PERFIL DE RESISTIVIDADESLa caracterstica de resistividades para su interpretacin se obtienen, graficando en las abscisas las distancias sucesivas entre electrodos de medidas (a) y en las ordenadas las respectivas resistividades aparentes (a) en -m

Una trayectoria de tendencia rectilnea paralela al eje de las abscisas, corresponde a suelos con comportamiento resistivo uniforme (suelo homogneo); sin embargo la mayora de conformaciones de suelo es estratificada (varias capas), a la profundidad del uso elctrico, es decir a profundidades a las que se entierran los electrodos de puesta tierra de las instalaciones. Para estos casos se utiliza un esquema de dos capas; dichas caractersticas tienen una forma bicncava opuesta, con un punto de Inflexin que indica el lmite entre las dos capas diferentes.

a. Tendencia Paralela al eje de las Abscisas (eje X): Indica suelo homogneo con una resistividad promedio

(); se trata de un suelo cuyo estrato superficial es ms grueso que la profundidad de exploracin.

b. Tendencia Descendente con un Punto de Inflexin: Indica suelo de dos estratos, con el estrato superficial

(1) de mayor resistividad que el estrato subyacente (2).

c. Tendencia Ascendente con un Punto de Inflexin: Indica suelo de dos estratos, con el estrato superficial

(1) de menor resistividad que el estrato subyacente (2).

Para tener en cuenta el modelado con dos capas en la medicin de resistividad del terreno se utiliza el mtodo grfico de Sunde.

MODELO DE DOS CAPASEl modelo de dos capas consiste en una capa superior de profundidad finita y con una resistividad diferente a una capa inferior de espesor infinito. En algunos casos la variacin de la resistividad del suelo puede mostrar mnimos y mximos, y el equivalente de dos capas podra no darnos un modelo preciso, en este caso se recomienda considerar el terreno con mltiples capas.

La profundidad de las barras de tierra depende el modelo de suelo utilizado, en el caso de dos capas la barra debe penetrar la capa ms profunda.

El cambio brusco de la resistividad en los lmites de cada capa del suelo se puede describir por medio de un factor de reflexin (K)

Donde: 1 Es la resistividad de la capa superior en -m

2 Es la resistividad de la capa inferior en -m

MTODO GRFICO DE SUNDE

Los parmetros 1 y 2 se obtienen por la inspeccin de las medidas de resistividad en el grfico de perfil. Solamente el parmetro h se obtiene por el mtodo grafico de la siguiente forma:

a) Hacer una grfica de resistividad aparente (a) vs. espaciamiento de electrodos adyacentes.

b) Estimar una densidad 1 y 2 del grafico obtenido en a). 1 es lo que corresponde a un espacio pequeo del espaciamiento de electrodos y 2 corresponde a un espaciamiento grande.

c) Determinar 2/1 y seleccionar una curva apropiada que coincida en el grfico de Sunde y dibujar una nueva curva en la grfica.

d) Seleccionar el valor en el eje Y de a / 1 dentro de la regin con desniveles de la curva apropiada de 2 / 1e) Leer los valores correspondientes de a / h en el eje X.

f) Calcular a al multiplicar los valores seleccionados, a / 1 en d) por 1g) Leer el espacio de sondeo (eje X) correspondiente del grfico de la resistividad aparente del punto a)

h) Calcular h, la profundidad del nivel superior, utilizando los espacios de separacin (A) en forma apropiada (eje X).

Se utiliza el siguiente grfico para aproximar el suelo a un modelo de dos capas:

Ejemplo del metodo grafico de sundeMETODO DE BOX-COX

Para calcular el valor de la resistividad del terreno necesario Para el diseo de un sistema de puesta a tierra existe mtodos donde se supone que el terreno es de una sola capa o de n capas. Se considera que el moldeamiento del suelo como homogneo es adecuado cuando los diversos valores medidos no se aparta en u n 30% del calor mximo. Cuando se aplica el mtodo unicapa, se asume que el terreno es homogneo es por tanto la metodologa de BOX COX es aplicable por que permite calcular un solo valor de resistividad con una probabilidad del 70%.Este modelo homogneo es que se supone en la metodologa del clculo propuesta por la norma ANSI/IEEE 80.

Calculo del valor aproximado para la resistividad

Para el clculo de este parmetro se empela el mtodo probabilstico (transformacin de Box- Cox), para lo cual se tomara una probabilidad del 710% como aceptable para la asignacin de la resistividad a partir del ajuste de distribucin normal.

Partiendo de los datos de resistividad obtenida de las lecturas, se aplica el siguiente procedimiento.

4. Se halla la resistividad promedio x

x= 5. En otra columna se coloca el resultado de 6. Se calcula la desviacin estndar S como:

7. De la distribucin normal se toma Z para 70% de 0.524400513

8. Se halla la resistividad (con probabilidad del 70% de no ser superada) por la siguiente formula

DATOS DE CAMPOPara la toma de estos datos se tomaron medidas en direcciones ORIENTE-OCCIDENTE, anotando dos columnas con valores de resistencia y resistividad respectivamente. Para realizar la medicin de la resistividad del terreno se utiliz el mtodo de Wenner, el cual est referenciado por el RETIE. En la Figura N 1, se expone la disposicin del montaje utilizado para la medicin.

Figura N 1. Esquema de medicin de resistividad Aparente.La ecuacin exacta para el clculo es:

Donde:

( : Resistividad aparente en (*m

: Distancia entre electrodos en metros

b : Profundidad del electrodo en metros

R: Valor de resistencia obtenido en la medicin con el telurmetro

Si > 20b la expresin anterior se puede aproximar a:

(Con en m)METODOLOGA

El clculo de la resistividad viene dado por la ecuacin anteriormente citada, en donde se reemplazar el valor de R nombrado, por el promedio de los datos tomados, es decir:

En

El valor de la resistividad es el valor en donde se estabilice la grafica de Resistividad vs Profundidad.

Tabla de resultadosProfundidad [m]

2

4

6

8

10

Resistencia R []Resitividad [-m]

0506

27.41050

12.42830

118.55290

7.523200

Tabla N 1.

A [m]Profundidad = 0,75*Aprom [-m]

21.5374.47

42.25664.76

63.0760.57

84.5823.59

Tracemos la curva de Resistividad vs Espaciamiento de electrodos, para ver el comportamiento de sta.

En ste caso la curva presenta dos puntos de inflexin, ambos con tendencia ascendente, por lo tanto no puede considerarse que el terreno sea uniforme, por tanto debe modelarse con un esquema de dos capas.

Como se puede observar, la curva tiene dos puntos de cambio de direccion donde sigue con tendencia ascendente, para nuestro caso tomamos los dos ultimos resultados de la tabla de resistividades ().

1. Se toman los datos de 1 y 2 a partir de la grfica de perfil de resistividades con los datos obtenidos en campo.

1 = 760.57-m

2 = 823.59-m

2. 2 / 1 = 823.59/ 760.57 Se busca este valor o un aproximado en el grfico de Sunde.

2 / 1 = 1.083

3. Se escoge el valor de a / 1 de acuerdo al grfico dentro de la regin que presenta desniveles para la curva de 2 / 1 . Se toma un valor aproximado de a / 1 = 1.14. Con el valor de a / 1 se lee el valor de a / h en el eje de las X del grfico.

a/h = 1.4

5. Se calcula a de la expresin: 2 = (a / 1)*( 1) = 1.1* 760.57 = 836.576. Se lee el valor de la distancia entre electrodos (a) de la curva de perfil de resistividades para a=836.57-m a = 7.5 m7. Con el valor ledo de (a) se calcula h, que es la profundidad del nivel superior de acuerdo a la relacin: h = a/(a/h) = 7.5/1.4 = 5.35m8. Con el valor ledo de (a) se calcula h, que es la profundidad del nivel superior de acuerdo a la relacin:

h = a/(a/h)

h = 5.35m RESISTIVIDAD VS ESPACIAMIENTO DE ELECTRODOS

De esta forma obtenemos los parmetros de resistividad de un terreno determinado, mediante la utilizacin del mtodo grafico de sunde.MTODO DE BOX-COX1. Se halla el promedio de la resistividad aparente

[ .m]

5066,226536672,18880518

1.050 K6,956545440,5616788

8306,72142570,96938218

5.29 K8,573573520,75268767

23.2 K10,05190765,50329269

1. Promedio de la resistividad aparente x p = 6175,2

2. Promedio de la resistividad =7,70599778

S= 1,412504619

4. De la distribucin normal se toma Z para 70% de 0.524400513

5. Se halla la resistividad (con probabilidad del 70% de no ser superada) por la siguiente formula

= 4659.744639 [ .m]OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

El mtodo de cuatro electrodos de wenner, es el mtodo mas utilizado en la actualidad debido a muchas razones. El mtodo de cuatro electrodos obtiene datos de resistividad del suelo de dos capas mas profundas, sin tener que introducir los electrodos hasta esas capas que por lo generas son profundas, y por lo tanto no es necesario equipo pesado para ejecutar dicha prueba, los resultados no sern afectados.El diseo de puestas a tierra cada da se hacen mas exigentes, por lo tanto es necesario la buena implementacin mediante del estudio del terreno teniendo en cuenta todos los posibles caractersticas del suelo como tal por lo tanto es necesario modelar este mnimo con dos capas y describir de la mejor forma el comportamiento del terreno.

La profundidad del sondeo utilizada es el 75% de la separacin entre electrodos, y mediante esta forma mediante modelos matemticos concluir la resistividad caracterstica de dicho terreno.

La determinacin del perfil de resistividades del suelo en modelo de dos capas, se realiz a partir de la caracterstica del mtodo grfico de Sunde para 4 puntos de medidas de resistividad aparente en campo. Se obtuvo una altura de la capa superior (h), esta altura llega a ser ms grande que las dimensiones del electrodo, el rendimiento para este caso puede aproximarse al de un suelo uniforme, en base a que con el modelado de dos capas el cambio en la resistividad para distancias de separacin de los electrodos. La aplicacin del mtodo de Wenner para la medida de las resistividades aparentes en funcin de la profundidad virtual de exploracin, tiene muchas ventajas adems de la confiabilidad de los datos y de los parmetros de diseo obtenidos luego de la interpretacin y la obtencin de la caracterstica de perfil de resistividades con el mtodo grfico de Sunde.Si la malla de puesta a tierra se construye en acero se recomienda realizarle un diagnstico cada seis meses para medir su valor de resistencia de puesta a tierra, medidas de equipotencialidad, medidas de tensiones peligrosas y verificacin del estado de los conductores de puesta a tierra, conexiones y electrodos. Si la malla se construye en cobre el diagnstico de puede realizar cada 2 o 3 aos.

MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO PARA UNA PUESTA A TIERRA

Ingeniero: Rafael Arizmendi WeberPresentado por:

FRAYAN ANDRES BERNAL ARMESTO

Codigo: 2030451UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

Bucaramanga, 27 de Julio de 2009

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