2 métodos para la medición de sistemas de puesta a tierra

Te presentamos algunos métodos para realizar la medición de la resistividad del suelo y su interpretación.

Anteriormente hablamos sobre la importancia que tiene el estudio y cálculo de la resistividad del suelo para el diseño de sistemas de tierra. También mencionamos los factores que la determinan como son: sales solubles, composición propia del terreno, estratigrafía, granulometría, estado higrométrico, temperatura y compactación.

En esta ocasión te explicaremos los métodos más utilizados para medir la resistividad del suelo.

1. Método de Wenner

En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló este método de prueba y la ecuación que lleva su nombre. Las mediciones de resistividad estarán determinadas por la distancia entre electrodos y la resistividad del terreno, y no por el tamaño y el material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra.

Para medir la resistividad del suelo se insertan los 4 electrodos en el suelo, en línea recta y a una misma distancia entre ellos. El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos: C1 y C2, mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos: P1 y P2. Estos electrodos están enterrados a una misma profundidad de penetración. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente del terreno, que es una función de esta resistencia y de la geometría del electrodo.

En la figura anterior se observa esquemáticamente la disposición de los electrodos, en donde la corriente se inyecta a través de los electrodos exteriores y el potencial se mide a través de los electrodos interiores.

La resistividad está dada por la siguiente expresión:

Donde
p: Resistividad promedio a la profundidad (A) en ohm-m
A: Distancia entre electrodos en metros
B: Profundidad de enterrado de los electrodos en metros
R: Lectura del terrómetro en ohms

Si la distancia enterrada (B) es pequeña comparada con la distancia de separación entre electrodos (A). O sea A > 20B, la siguiente fórmula simplificada se puede aplicar:

La resistividad obtenida como resultado de las ecuaciones representa la resistividad promedio de un hemisferio de terreno en un radio igual a la separación de los electrodos.

Por ejemplo, si la distancia entre electrodos A es de 3 metros, B es 0.15 m y la lectura del instrumento es de 0.43 ohms, la resistividad promedio del terreno a una profundidad de 3 metros es de 8.141 ohm-m según la fórmula completa, y de 8.105 ohms-m siguiendo la fórmula simplificada.

Se insiste en que se tomen lecturas en diferentes lugares y a 90 grados unas de otras para evitar la posible afectación por estructuras metálicas subterráneas. Con las lecturas obtenidas se calcula el promedio.

2. Método de Schlumberger

El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, ya que también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a).

La configuración, así como la expresión de la resistividad correspondiente a este método de medición se muestra en la siguiente imagen.

Este método es de gran utilidad cuando requieres conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones. Se utiliza también cuando los aparatos de medición son poco inteligentes. Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten  afectadas las lecturas por estructuras subterráneas.

El siguiente vídeo describe la forma de realizar la medición de la resistividad de un terreno:

Ver también: 7 factores que determinan la resistividad del suelo

Perfil de resistividad

La gráfica resultante de trazar el promedio de las mediciones de resistividad (R) contra distancia entre electrodos (a) se denomina perfil de resistividad aparente del terreno.

Para obtener el perfil de resistividad en un punto dado, casi siempre se utiliza el Método de Wenner con espaciamientos entre  electrodos de prueba cada vez mayores. Por lo general, para cada espaciamiento se toman dos lecturas de resistividad en direcciones perpendiculares entre sí.

Ejemplos de perfiles de resistividad

Capa superficial arcillosa y húmeda, capa inferior rocosa. Perfil de resistividad ascendente. Lugar: Parte norte de la zona urbana de León, Guanajuato. Para simular su comportamiento se requiere por lo menos utilizar los valores de 2 capas.

Capa superficial muy seca, capa inferior arenosa. Perfil de resistividad descendente. Lugar: Zona urbana de Aguascalientes, Ags. Para simular su comportamiento se requiere por lo menos utilizar
los valores de 2 capas.

Terreno rocoso y seco. Perfil de resistividad plano. Lugar: Zona del cerro de la Bufa en Zacatecas, Zacatecas. Para simular su comportamiento se puede utilizar la resistividad promedio.

Terreno arcilloso, superficie seca. Perfil de resistividad descendente. Lugar: Zona urbana cerca del Río Silao en Irapuato, Gto. Para simular su comportamiento se usa el modelo de 2 capas.

Para obtener una resistencia de puesta a tierra adecuada en terrenos con resistividad elevada, se recomienda utilir electrodos especiales para terrenos de baja conductividad, electrodos profundos o bien anillos conductores perimetrales.

Corrección del factor de potencia

Ajustar el factor de potencia de un sistema a un valor muy próximo a la unidad se conoce como: corrección del factor de potencia, el cual se realiza mediante la conexión de conmutadores, en general automáticos, de bancos de capacitores o inductores.

La corrección del factor de potencia debes realizarla de una forma cuidadosa con objeto de mantenerlo lo más alto posible, pero sin llegar nunca a la unidad, ya que en este caso se produce el fenómeno de la resonancia, lo que puede dar lugar a la aparición de tensiones o intensidades peligrosas para la red. En los casos de grandes variaciones en la composición de la carga, es preferible que la corrección la realices por medios automáticos.

Existen diversas formas de seleccionar los capacitores o reactores que te ayudarán a mejorar el factor de potencia. A continuación te presentamos un ejemplo del cálculo de la energía que se ahorra al mejorar el factor de potencia y la selección del banco de capacitores.

Supongamos que se tiene un motor de 100 HP (74.6 kW) a 440 V, operando con un factor de potencia de 0.74. El motor está en servicio 600 horas/mes (2 turnos diarios), alimentado con cable de 250 metros de longitud con una sección de 35 mm2. ¿Cuál es el ahorro anual en kWh cuando el factor de potencia es mejorado a 0.97?

a) Determinación de la corriente de fase:




b) Resistencia del cable (por fase)




c) Cálculo de las pérdidas




d) Reducción de las pérdidas (en %)




e) Cálculo de la energía anual ahorrada

Considerando un costo de $ 0.12209 por kWh, entonces el ahorro equivalente será de $2,476.27 pesos de ahorro.

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

En la práctica, para determinar la potencia reactiva (kVAr) total en capacitores RTC, necesaria para la corrección del factor de potencia, basta con conocer la siguiente información:

1. El promedio de las últimas 3 mediciones de demanda en kW.
   
   
2. El promedio de las 3 últimas mediciones del factor de potencia.
   
   NOTA: Esta información puede ser obtenida de los recibos de la compañía suministradora.
   
   
3. El factor de potencia deseado.
   
   

Tomando los datos del ejemplo anterior: Factor de potencia promedio actual 0.70 (valor supuesto); factor de potencia deseado 0.97; consumo de potencia promedio 775 kW (valor supuesto); voltaje 440 V.

De la tabla para corregir el factor de potencia:

1. Localizar el factor de potencia actual.
   
   
2. Localizar el factor de potencia deseado.
   
   
3. El valor donde intersectan ambos valores de factor de potencia, es el que se multiplica por la potencia promedio para obtener el valor del capacitor adecuado.
   
   

Valor del capacitor o banco de capacitores: 0.770x775=596.75.

Debido a que el valor es muy alto, dividimos entre algún valor, en este caso se elegirá el de 50kVAr para saber el número de capacitores que necesitamos:

No de capacitores: 596.75/50=11.935; por lo tanto necesitaremos 12 capacitores de 50kVAr a 440V.

La forma de conectar los capacitores para corregir el factor de potencia es la siguiente:

Con este ejemplo damos por concluido el tema de factor de potencia y dejaremos para futuras entregas la selección de la protección y su canalización.

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8 tips para la instalación de lámparas tubulares

Por su eficiencia, excelente rendimiento de color y larga vida útil, las lámparas fluorescentes son ampliamente utilizadas en oficinas públicas, comercios, escuelas, fábricas, hospitales, bodegas y cuarteles.

Actualmente, con el surgimiento de las tecnologías T8 y T5 resulta necesario sacar del mercado los sistemas fluorescentes obsoletos T12 y T10 con balastro electromagnético, cuya fabricación está prohibida en la mayor parte del mundo debido a su baja eficiencia y alto impacto ambiental (alto consumo energético y contaminación por el elevado contenido de mercurio, en comparación a los nuevos).

En México, desde agosto de 2012, se han comenzado a sustituir en su totalidad las lámparas T12 y T10 por las nuevas T8 y T5 en todas las oficinas gubernamentales.

Formato T8 (26 mm de diámetro)

Tip 1. Si no se disponen de muchos recursos, la mejor opción es la tecnología T8 (es la más compatible con las tecnologías anteriores), ya que cuenta con tubos de la misma longitud que sus antecesores. Generalmente sólo es necesario sustituir el balastro y los tubos, aunque en algunos casos también hay que cambiar las bases donde se colocan los tubos, aprovechando los gabinetes anteriores a la perfección. El ahorro que se obtiene no es tan significativo, pero se gana con mayor flujo luminoso.

Tip 2. Las lámparas fluorescentes T8 Universal con tecnología ALTO tienen hasta un 50% más de vida que las lámparas fluorescentes T12 ó T8 convencionales. Actualizar un sistema de iluminación por lámparas fluorescentes T8 puede traer beneficios e impactar en los costos de mantenimiento y de consumo energético de manera significativa.

Ver también: 6 pasos para reemplazar un balastro

Formato T5 (16 mm de diámetro)

Tip 3. El T5 es un muy eficiente y elegante tubo de luz de 16 mm, que proporciona una excelente luz con una vida útil de hasta 30,000 horas (dependiendo de la marca) y el ahorro de energía hasta un 40%. Ayuda al medio ambiente, ya que contiene 38% menos de vidrio y 80% menos de mercurio.

Tip 4. Si no se disponen de los recursos para sustituir todos los luminarios, se pueden utilizar adaptadores para aprovechar los gabinetes de las anteriores lámparas, aunque no resulta muy estético, además de que los nuevos tubos son de una longitud menor.

Tip 5. Los tubos T5 tienen la desventaja de que no son adecuados para los equipos de iluminación T8 / T12. El balastro electrónico proporciona la excelente eficiencia energética y también elimina el lento encendido experimentado con muchos T8 y T12. El balastro electrónico opera a 42 kHz, por lo que no hay parpadeo estroboscópico, el cual provoca dolores de cabeza y problemas en los ojos de muchos empleados. Tiene un tiempo de amortización de aproximadamente dos años. (En función del costo de la electricidad y las horas de funcionamiento)

Adaptador

Tip 6. T8/T5 adaptador permite usar el nuevo formato de tubo T5 con balastro electrónico en el mismo equipo antiguo formato T10 ó T8. El T5 adaptador - ahorro de energía, convierte los formatos T8 y T10 con accesorios fluorescentes convencionales en sistemas de iluminación formato T5 de alta eficiencia, con un dispositivo de alta frecuencia ECG (balastro electrónico) que le permite actualizar sus ineficientes y anticuados equipos T8 y T10, sin cambiar la  actual instalación.

Bases

Tip 7. En las siguientes imágenes se muestran los dos tipos de bases que utilizan las nuevas tecnologías T8 y T5.

Tip 8. En la mayoría de los casos se tienen instaladas lámparas de 39, 40 y 75 watts correspondientes a las tecnologías T12. En el siguiente cuadro se muestran los modelos de las lámparas más utilizadas en la actualidad, así como los modelos que podrían sustituirlas, que corresponden a las nuevas tecnologías T8 y T5 (con balastro electrónico).

7 empresas que impulsan los parques eólicos en México

México cuenta con una capacidad instalada de 1,053 MW, que se prevé rebase los 2,500 MW eólicos para 2014 con proyectos instalados en diferentes regiones del país, pero podría alcanzar la cumbre en el 2020 de abrirse nuevas oportunidades y realizar los ajustes necesarios a la ley vigente en la materia. A decir de expertos, este sector podría colocarse en el top ten de los principales receptores de inversión en el país.

Así lo confirma el presidente de la Asociación Mexicana de Energía Eólica (AMEE), Leopoldo Rodríguez, quien estima la generación de unos 45 mil empleos en un periodo de 8 años si se cuenta con los factores necesarios para un transitar favorable. Tan sólo en los últimos cinco años, dijo, se han invertido más de dos mil millones de dólares, y se prevé que en 2020 esta cantidad se multiplique rebasando los 20 mil millones de dólares.

Aunque el Istmo de Tehuantepec es el que acapara el mayor número de proyectos establecidos y por arrancar, también hay otras zonas en México con participación, como Baja California y Tamaulipas, entre otros. Actualmente, Oaxaca es el principal estado que produce energía eólica, tal como se muestra en el siguiente vídeo:

En los próximos 15 años, la demanda de energía crecerá anualmente un 5%, por lo que el gobierno federal busca elevar la generación de electricidad, sobre todo a través de fuentes renovables.

Al respecto, el secretario de Energía, Jordy Herrera, comentó: “La energía limpia y la renovable es parte ya del modelo integral de transformación del sector energético de México”. Al participar en el primer foro de energía eólica Wind Power 2012, el funcionario federal afirmó que hasta el momento se han otorgado 28 permisos para la instalación de parques eólicos en diversos puntos de México, esto con el objetivo de aprovechar el potencial que tienen algunas entidades. Agregó que hasta el momento se cuenta con capacidad instalada de 600 megawatts de energía originada bajo este esquema. Sin embargo, se espera que este volumen se incremente, e incluso supere los 3 mil megawatts.

Steve Sawyer, secretario general del Consejo Global de Energía Eólica (GWEC, por sus siglas en inglés), expuso que la actual regulación para el sector energético en México tiene una estructura monopólica y no ha aprobado el examen de la OCDE.

“Hay muy pocos productores independientes de energía, los cuales no tienen un mercado privado para venderle. Luego se tiene este gran fenómeno de la autogeneración en México, lo cual es poco usual”.

Ver también: 4 formas de obtener energía eléctrica a partir del mar

Así, en cuanto a la energía eólica los involucrados coinciden en que existen los recursos para avanzar, pero hacen falta estrategias para lograr un mercado más sostenido a largo plazo, definir cómo se diseminarán los beneficios y poner manos a la obra en los planes que ya cuentan con aprobación.

Las empresas que actualmente participan fuertemente en parques de energía eólica en México son:

1. Mareña Renovables Capital. El Banco Interamericano de Desarrollo (BID) apoya con un préstamo de mil 100 millones de pesos la construcción de un parque eólico de 396 MW en La Ventosa, Oaxaca. Éste será el proyecto de mayor alcance.
   
   
2. Acciona. También en Oaxaca, ganó la construcción y explotación de tres parques eólicos, que suman una potencia de 306 MW. La inversión supera los 600 millones de dólares. Actualmente opera el parque Eurus de 250.5 MW de potencia.
   
   
3. EDF. Opera el parque eólico La Mata-La Ventosa de 67.5 MW. Y tiene en proceso dos proyectos más en México por 324 MW; se trata de Eoliatec del Istmo y Eoliatec del Pacífico.
   
   
4. FEMSA-Macquarie. Compró al grupo Preneal los proyectos Energía Alterna Istmeña y Energía Eólica Mareña, cuya potencia es de 396MW. Sin embargo, el desarrollo de éstos ha sido rechazado por los pobladores.
   
   
5. Gamesa. Existen más de cinco proyectos eólicos en México que utilizan turbinas eólicas Gamesa. La empresa se encuentra desarrollando, en alianza con Cisa, el proyecto eólico Bii Nee Stipa por un total de 314.35 MW en el Istmo de Tehuantepec, cuya primera etapa ya entró en operación en 2010 y fue adquirida por Iberdrola.
   
   
6. Iberdrola. Opera los parques eólicos de La Ventosa, de 80 MW; Bii Nee Stipa, de 26 MW; y La Venta III, de 102 MW de potencia instalada.
   
   
7. Peñoles. A cargo del parque Fuerza Eólica del Istmo, ubicado en La Ventosa, Oaxaca, con una capacidad de generación de 80 MW y una inversión de al menos 175 millones de dólares.

El Interruptor QO-GFCI para protección de los circuitos contra falla a tierra

Los dispositivos con falla a tierra QO-GFI fueron diseñados para brindar protección al equipo contra sobrecargas, cortocircuitos y, sobre todo, para protegerte a ti de posibles electrocuciones.

La forma en la cual operan los dispositivos con falla a tierra QO-GFI se explicará a continuación, haciendo un resumen del funcionamiento del interruptor automático convencional.

La protección contra sobrecargas se logra mediante el uso de un elemento bimetálico calentado por la corriente de carga. Durante una sobrecarga prolongada, éste se doblará actuando sobre el mecanismo de operación para lograr así la apertura del interruptor.

En el caso de los cortocircuitos, las fallas de fase a fase o fallas a tierra sólida causan elevados flujos de corriente en tiempos extremadamente cortos, por lo que no pueden ser manejados por el bimetálico; la protección contra tales magnitudes de corrientes es provista por un electroimán en serie con la corriente de carga. El flujo magnético producido por estas elevadas corrientes, activan el electroimán y en consecuencia originan la acción de desenganche que abre el circuito en forma casi instantánea.

Además, los interruptores QO-GFI están capacitados para proteger contra fallas de bajo nivel de fase a tierra, las cuales pueden ser causadas por una alta resistencia de contacto, entre una fase y tierra. Este tipo de falla es muy peligrosa para el ser humano, debido a que elevan el potencial en las partes metálicas del equipo expuestas al exterior y que podrían ser tocadas por una persona. Como por ejemplo la carcasa de un motor, las tuberías de agua, la lavadora o inclusive las puertas o contornos del refrigerador.

Los interruptores QO-GFI están diseñados para proveer protección contra este tipo de falla. Básicamente, estos dispositivos consisten de un toroidal diferencial que detecta corrientes fluyendo a tierra y los componentes de estado sólido amplifican esta corriente, lo suficiente para activar el voltaje de operación de una bobina de disparo.

Debido a que corrientes relativamente pequeñas a través del cuerpo pueden ser fatales, los interruptores QO-GFI deben operar rápidamente a un nivel predeterminado de corriente (6 mA).

Bajo condiciones normales, la electricidad transita por un circuito cerrado, pasando por el conductor “vivo” y regresando por el “neutro”, completando así el circuito. Una falla a tierra ocurre cuando la corriente eléctrica no completa su circuito, sino que pasa a tierra por un lugar inesperado. Las fallas a tierra pueden ocasionar incendios y son peligrosas cuando pasan a través de una persona en su trayecto a tierra.

Los choques por falla a tierra pueden ocurrir cuando una persona entra en contacto con un conductor “vivo”, teniendo las manos mojadas o estando parada en agua o sobre un piso mojado. Los QO-GFI protegen contra fallas a tierra midiendo la corriente en el circuito eléctrico. La corriente en el conductor “vivo” y en el “neutro” deben ser iguales o casi iguales. Si ocurre una falla a tierra el interruptor QO-GFI abre el circuito, deteniendo el paso de la corriente. Un GFCI no protege al trabajador contra los peligros de contacto directo con los conductores (por ejemplo, una persona que toque a la vez dos conductores “vivos”, el conductor “vivo” y el “neutro”, o que entre en contacto con una línea elevada de suministro eléctrico).

Ver también: 6 pasos para instalar un contacto GFCI que proteja una sola salida eléctrica

Los GFCI tienen botones para prueba y reposición por una razón: deben probarse periódicamente. Para uso general, los GFCI deben probarse e inspeccionarse mensualmente.

El interruptor QO-GFI, como ya mencionamos, protege ante tres fallas distintas: sobrecarga, cortocircuito y falla a tierra. La causa y el efecto de éstas se muestran a continuación:

Los interruptores QO-GFI protegen contra las fallas de sobrecorriente más comunes en una red eléctrica, brindando protección a las personas que utilizan las instalaciones eléctricas residenciales, así como a los equipos que la conforman.

La Norma Oficial Mexicana para instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE 2012, en el artículo 210-8, establece que los circuitos eléctricos en áreas húmedas deben ser protegidos con interruptores GFCI que brindan protección ante falla a tierra, lo anterior en virtud de que en este tipo de lugares es en donde el riesgo de electrocución se incrementa; por ello, este tipo de dispositivos son conocidos también como interruptores salvavidas.

Algunos ejemplos de lugares en que debe instalarse una protección como el QO-GFI son:

• Baños
• Cocinas
• Tinas de hidromasaje
• Cuartos de lavado
• Fuentes, etc.

Los interruptores QO-GFI tienen las siguientes ventajas:

• Ágil montaje enchufable
• Fácil identificación de circuito protegido con la bandera Visi-Trip
• Botón de prueba para verificar la operación del equipo

La siguiente tabla te ayudará a seleccionar el interruptor QO-GFI en función de la tensión que proporciona la fuente y corriente demandada por el circuito derivado a proteger.

El interruptor QO-GFI puede instalarse en los tradicionales centros de carga QO, en los nuevos centros de carga QOX, así como en los tableros de alumbrado NQ y NQOD de Square D.