Medición de la resistividad del suelo

La resistividad del suelo se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad y grueso de la roca en estudios geofísicos, así como para encontrar los puntos óptimos para localizar la red de tierras de una subestación, sistema electrónico, planta generadora o transmisora de radiofrecuencia.

Asimismo, puede ser empleada para indicar el grado de corrosión de tuberías subterráneas. En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión.

La resistividad del terreno puede obtenerse mediante toma de muestras directas, o mediante el uso de instrumentos de medición.

Para medir la resistividad del suelo se utiliza un equipo llamado telurómetro, terrómetro, megaomímetro, megaóhmetro, megóhmetro, o simplemente Megger de tierras. Cabe aclarar que la palabra Megger no es en realidad el nombre del aparato, sino el nombre de una empresa fabricante de equipos de pruebas eléctricas.

Estos equipos inyectan una corriente de frecuencia diferente a 60 Hz para evitar medir voltajes y corrientes de ruidos eléctricos. Por ejemplo, si estamos cerca de una subestación o de una línea en servicio, y vamos a realizar mediciones de resistividad y resistencia de tierra, con un aparato de 60 Hz, dichos sistemas van a inducir corrientes por el suelo debido a los campos electromagnéticos de 60 Hz y darán una lectura errónea. De igual manera sucede cuando los electrodos de prueba están mal conectados o tienen falsos contactos, darán señales falsas de corriente y tensión. Si hay corrientes distintas a las que envió el aparato, éste leerá otras señales de tensión y corriente que no son las adecuadas.

El Telurómetro es el equipo que sirve para realizar la medición de la resistividad del terreno

Un aparato inteligente lleva conductores blindados, coaxiales, tiene sistemas de filtraje, de análisis y mide lo que halla, pero esa información la analiza, la filtra y luego la deduce. Por ejemplo, para hacer una medición manda una señal de 100 Hz y mide; luego manda otra señal de 150 Hz y vuelve a medir; y puede seguir enviando otras altas frecuencias hasta que los valores van siendo similares, forma una estadística y obtiene un promedio.

Ver también: 7 factores que determinan la resistividad del suelo

Para usar este equipo se requieren 4 carretes de cable, de calibre 14 AWG, 4 electrodos (picas) de material de la dureza suficiente para ser hincados en la tierra con marro. Los de acero son de una longitud aproximada de 60 cm y un diámetro de 16 mm. Además de lo anterior es necesario contar con una cinta métrica.

Estos equipos cuentan con cuatro terminales: 2 de corriente (C1, C2) y 2 de potencial (P1, P2) que están marcadas en el aparato C1 P1 P2 C2. Antes de realizar mediciones, al igual que todos los equipos que usamos para medición, deben estar certificados y calibrados con una resistencia patrón.

El siguiente publicado en YouTube por Manuel Navarro nos muestra cómo se realiza una prueba de resistividad del terreno utilizando un telurómetro:

Para obtener una lectura promedio del sitio se deben hacer mediciones en un sentido, en otro a 90 grados del primero, y en el sentido de las diagonales.

En la medición de resistividad de un terreno es común encontrar valores muy dispares causados por la geología del terreno. Es una práctica común eliminar los valores que estén 50% arriba o abajo del promedio aritmético de todos los valores capturados.

7 factores que determinan la resistividad del suelo

Uno de los factores más importantes a considerar en el diseño de sistemas de tierra es la llamada resistividad del suelo, ya que es requisito conocerla para calcular y diseñar la puesta a tierra.

La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste para conducir electricidad, también conocida como resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que éstos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se denomina Resistividad Aparente, que para el interés de este artículo será conocida simplemente como Resistividad del Terreno.

En la NOM-022-STPS se define el término 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 su representación dimensional debe estar expresada en Ohm-m, cuya acepción es utilizada internacionalmente.

La Resistividad del Terreno varía ampliamente a lo largo y ancho del globo terrestre, estando determinada por:

1. Sales solubles. La resistividad del suelo es determinada principalmente por su cantidad de electrolitos; esto es, por la cantidad de minerales y sales disueltas. Como ejemplo, para valores de 1% (por peso) de sal común (NaCl) o mayores, la resistividad es prácticamente la misma, pero para valores menores de esa cantidad, la resistividad es muy alta.
   
   
   
   
   
2. Composición propia del terreno. Depende de la naturaleza del mismo. Por ejemplo, el suelo de arcilla normal tiene una resistividad de 40 a 500 Ohm-m por lo que una varilla electrodo enterrada 3 m tendrá una resistencia a tierra de 15 a 200 Ω respectivamente. En cambio, la resistividad de un terreno rocoso es de 5000 Ohm-m o más alta, y tratar de conseguir una resistencia a tierra de unos 100 Ohm o menos con una sola varilla electrodo es virtualmente imposible.
   
   
   
   
   
   
   Ver también: ¿Cuándo se requiere conexión a tierra en los sistemas eléctricos?
   
   
3. Estratigrafía. El terreno obviamente no es uniforme en sus capas. En los 3 m de longitud de una varilla electrodo típica al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos. Más adelante
   se mencionarán ejemplos de diferentes perfiles de resistividad donde se muestra ese fenómeno.
   
   
   
   
   
4. Granulometría. La porosidad y el poder retenedor de humedad de los materiales influye en la calidad del contacto del suelo con los electrodos. La resistividad aumenta proporcionalmente a mayor tamaño de los granos de la tierra. Por esta razón la resistividad de la grava es superior a la de la arena y ésta -a su vez- es mayor que la de la arcilla.
   
   
   
   
   
5. Estado higrométrico. El contenido de agua y la humedad influyen en forma apreciable. Su valor varía con el clima, época del año, profundidad y el nivel freático. Como ejemplo, la resistividad del suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a menos del 15% del peso de éste. Pero, un mayor contenido de humedad del 15% mencionado, causa que la resistividad sea prácticamente constante. Y, puede tenerse el caso de que en tiempo de secas, un terreno puede tener tal resistividad que no pueda ser empleado en el sistema de tierras. Por ello, el sistema debe ser diseñado tomando en cuenta la resistividad en el peor de los casos.
   
   
   
   
   
6. Temperatura. A medida que desciende la temperatura aumenta la resistividad del terreno; el aumento se nota aún más al llegar a 0° C. A mayor cantidad de agua en estado de congelación, el movimiento de los electrolitos es menor, lo cual influye directamente en la resistividad del suelo.
   
   
   
   
   
7. Compactación. La resistividad del terreno disminuye al aumentar la compactación del mismo. Por ello, se procurará siempre colocar los electrodos en los terrenos más compactos posibles.
   
   
   
   
   

Corrección del factor de potencia con capacitores

Para fines de corrección de Factor de Potencia con capacitores se requiere de la siguiente información que se obtiene del recibo de energía eléctrica de la CFE.

1. Energía consumida, en kWh
   
   
2. Demanda de potencia, en kW
   
   
3. Energía Reactiva consumida, en kVArh
   
   
4. Factor Potencial actual. Que es el resultado de:
   
   
   
   
   
   
5. Tipo de Tarifa contratada
   
   
6. Bonificación por corrección de bajo Factor de Potencia. Este es el rembolso que la compañía suministradora da a las personas que hayan invertido en capacitores, como un premio a la mayor eficiencia
   
   
7. En el caso de usuarios con Factor de Potencia menor a 0.9 aparecerá una partida “Cargo por bajo Factor de Potencia”
   
   

Ver también: El factor de potencia y las 13 tarifas eléctricas en México

El método para calcular el número de capacitores necesarios para corregir el Factor de Potencia resulta ligeramente largo y requiere de conocimientos matemáticos que no hemos tocado en esta sección. Los resultados de estos procedimientos son precisos. Por lo regular, se requieren de capacitores que muy posiblemente no sean comerciales para lo cual es necesario usar lo que existe en el mercado, ya que solicitar la fabricación del capacitor eleva considerablemente el costo, además del tiempo de entrega por parte del fabricante. Las empresas fabricantes de capacitores y bancos de capacitores han generado métodos sencillos de selección para cubrir de buena forma nuestra necesidad de corrección del Factor de Potencia.

El factor de potencia y las 13 tarifas eléctricas en México

El Factor de Potencia es el término usado para describir la relación entre la potencia de trabajo o real y la potencia total consumida. Así pues, el triángulo de potencias muestra gráficamente la relación entre la potencia real (kW), la potencia reactiva (kVAr) y la potencia total (kVA).

Las cargas puramente resistivas, tales como calefactores y lámparas incandescentes, no requieren potencia reactiva para su funcionamiento, entonces la potencia real y la potencia total son iguales (FP= 1).

Sin embargo, los equipos eléctricos que requieren para su funcionamiento de la corriente de magnetización para la creación del campo (motores, transformadores, balastros, etcétera) consumen además potencia reactiva (kVAr). Para evitar problemas en la instalación deberá generarse dicha potencia con capacitores.

Las reglamentaciones mexicanas (vigentes desde el 10 de noviembre de 1991) mencionan que los capacitores deben proporcionar, además de la eliminación del cargo por bajo Factor de Potencia, un beneficio económico que puede llegar al 2.5% de bonificación del valor total de la facturación.

Además de este 2.5%, si los capacitores son colocados de acuerdo a las normas generalmente aceptadas para su instalación en los lugares adecuados, pueden proporcionar ahorros adicionales por menores pérdidas de energía (entre el 4 al 7%) lo que a todas luces es una inversión altamente rentable.

Ver también: 9 efectos negativos de un bajo factor de potencia

En México, a partir del 10 de noviembre de 1991, se modificaron por completo las tarifas eléctricas, las cuales describiremos a continuación:

1. Doméstico

2. General hasta 25 kW de demanda

3. General más de 25 kW de demanda. Incluye pequeñas fábricas y comercios que necesitan el servicio trifásico, donde la demanda es más significativa. Estos usuarios requieren de capacitores, ya que se les penaliza por tener un bajo Factor de Potencia (menor a 0.9.) Tienen bonificación por Factor de Potencia superior al 0.9.

4. Molinos de nixtamal y tortillerías. Esta tarifa es para los usuarios cuyo nombre se indica en la misma, pero la tendencia es desaparecerla. La mayoría de ellos se moverán a la tarifa No. 3, donde ya pagarán el bajo Factor de Potencia no incluido en su estructura tarifaria actual.





Máquina para fabricar tortillas en una tortillería mexicana


5. Alumbrado público

6. Bombeo de aguas potables y negras. En esta tarifa sí se paga bajo Factor de Potencia, por lo cual los municipios constituyen un potencial de mercado interesante.

7. Temporal

9. Bombeo para riego agrícola. En esta tarifa se están aplicando incrementos especiales para llevar a un nivel de cobro con relación al costo más real (aún no se incluye el cargo por bajo Factor de Potencia). A pesar de ello, muchos de los usuarios necesitan capacitores dado que las grandes distancias entre los centros de abastecimientos y la localización de los motores para el bombeo, hacen necesario el capacitor para tener un nivel de voltaje adecuado.

Las nuevas tarifas que vienen a sustituir a las que anteriormente se conocían como 8 y 12 son las siguientes:

OM. Para usuarios que reciben el suministro en voltajes de 1,000 a 34,500 Volts y cuya demanda máxima es menor a 1,000 kW. Están sujetos a bonificación por valores superiores a 0.9. Sin embargo no tienen tarifa horaria.

HM. Esta tarifa es para usuarios que reciben el suministro de 1,000 a 34,500 Volts pero cuya demanda es superior a los 1,000 kW. Además de pagar el cargo por bajo Factor de Potencia y tener su bonificación, serán susceptibles a una tarifa horaria de acuerdo a los periodos de consumo de energía.

HS. Son los usuarios que se encuentran en un nivel de voltaje de alimentación superior a los 34,500 Volts, pero menor a los 220,000 Volts. Pagan bajo Factor de Potencia y bonificación por Factor de Potencia superior a 0.9. Además, están sujetos también a tarifa horaria.

HT. Son los usuarios que reciben el suministro de 220,000 Volts en adelante y tal como en la tarifa HS y HM están sujetos a tarifa horaria, cargo por bajo Factor de Potencia y bonificación por Factor de Potencia superior a 0.9.

I30. Esta es una tarifa interrumpible, es decir los usuarios aceptan un cierto número de interrupciones dentro del año con una duración predeterminada por parte de CFE (la cual deberá avisar con media hora de antelación). De esta forma, se disminuyen los cargos.

Es importante señalar que las tarifas de OM hasta la tarifa HT, fueron agregadas posteriormente según el Diario Oficial del 10 de noviembre y son para grandes usuarios de energía eléctrica que obtienen beneficios a cambio de compromisos establecidos con la CFE. La cantidad de estos usuarios en México es sumamente limitada; también presentan cargos estacionales dependiendo del periodo del año en que los consuman, para beneficiar a la carga por aire acondicionado.

El cargo por bajo Factor de Potencia se calcula de acuerdo con la fórmula siguiente:

Es importante señalar que el Factor de Potencia mínimo es el 90% (la tarifa anterior indicaba el 85%).

Uno de los cambios más importantes dentro de la tarifa es que se ofrecen bonificaciones para factores de potencia superiores al 90%, de acuerdo con la siguiente fórmula y logrando un máximo del 2.5%, cuando el Factor de Potencia es unitario.

La demanda máxima tiene una nueva forma de cobro: Se factura el resultado de sumar la demanda máxima medida en el periodo punta, más la quinta parte de la diferencia punta a base. Es importante señalar que en los casos en los que la demanda máxima medida en periodo punta sea superior a la registrada en periodo base, la diferencia será cero.

Como es obvio, para las empresas que se dedican a la fabricación y comercialización de capacitores las tarifas 3, 6, OM, HM, HS, HT, HT-L, HS-L e I30 son las más importantes.

Selección de bases de medición

Para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales en México, las bases de medición tienen que estar aprobadas por CFE conforme a la especificación GWH00-11, y cumplir totalmente con las normas nacionales y los registros NOM: NOM-001, NOM-003 y NOM-024.

Las bases de medición son cajas de lámina que se usan como base y soporte de los watthorímetros de las compañías suministradoras de la energía eléctrica.

Dependiendo de los requisitos o condiciones que maneja la compañía suministradora de energía en las distintas regiones del país, debe realizarse la selección de la base para medidor. En la zona norte del país y en las costas, se utilizan mayormente las bases con cinco mordazas, por el uso del equipo de aire acondicionado; en la zona del centro de la República se utiliza la base de cuatro mordazas.

Ver también: Evolución de los medidores de energía eléctrica

Algunos fabricantes de material eléctrico, como por ejemplo Schneider Electric, ofrecen una amplia gama de bases de medición para watthorímetro para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales, desarrolladas en robustos gabinetes NEMA 1 y 3R con suficiente espacio interior para facilitar el cableado; acabado con pintura electrostática que permite superar los requerimientos solicitados para la prueba de cámara salina; guías aisladoras colocadas en las mordazas para evitar contactos accidentales con partes energizadas; knockouts en la parte posterior para instalaciones subterráneas. Además, cumplen con la NOM-001, NOM-003 y NOM-024 y están aprobadas por CFE conforme a la especificación CFE GWH00-11.

La capacidad de las bases que se utilicen debe estar de acuerdo con la carga por alimentar, teniendo los siguientes límites:

• 50 kilowatts para 7 terminales, 200 amperes
• 25 kilowatts para 7 terminales, 100 amperes
• 25 kilowatts para 4 o 5 terminales, 200 amperes
• 10 kilowatts para 4 o 5 terminales, 100 amperes
• 5 kilowatts para 4 o 5 terminales, 100 amperes