Resistividad clase

Ing. ABEL C. CATAY BUITRON
1
Ing. ABEL C. CATAY BUITRON UNCP - FIEE 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
METROLOGIA E INSTRUMENTACION ELECTRICA
RESISTIVIDAD ELECTRICA DE SUELOS
RESISTIVIDAD ELECTRICA DE LOS CUERPOSRESISTIVIDAD ELECTRICA DE LOS CUERPOS
La resistividad eléctrica  de un material describe la dificultad
que encuentra la corriente a su paso por él.
La resistencia eléctrica que presenta un conductor homogéneo
viene determinada por la resistividad del material que lo
constituye y la geometría del conductor.
Así, para un conductor rectilíneo y homogéneo de sección s y
longitud l, la resistencia eléctrica es:
Y la resistividad
La unidad de resistividad en el SI es el Ohm por metro ( . m)

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En la realidad todo los cuerpos son eléctricamente conductores,
porque permiten en mayor o menor medida, el paso de
portadores de cargas eléctricas.
Estos portadores pueden ser electrones o iones (positivos o
negativos). Entonces debemos distinguir dos tipos de
conductividad: electrónica e iónica.
Los metales y semiconductores son cuerpos con conductividad
electrónica.
Los cuerpos con conductividad iónica se conocen como
electrolitos, y se pueden presentar en forma gaseosa. (enlaces
covalentes)
Definición de la Norma DGE:
TERMINOLOGIA EN ELECTRICIDAD
RESISTIVIDAD ELECTRICA DEL SUELO
Por su propia naturaleza la tierra podría ser considerada como un
perfecto conductor de la electricidad y su resistencia viene
determinada por la resistividad de su capa superior, es decir, el
suelo.
En la realidad, el suelo en sí mismo es un buen aislante (gran
contenido de oxido de silicio y oxido de aluminio, altamente
resistivos), solamente llega a hacerse conductor (con pocas
excepciones) por el contenido de electrolitos, el cual consiste de
minerales y sales disueltas en agua (suelo húmedo).
El agua desmineralizada es un aislante y solamente es
conductora cuando contiene sales solubles en ella.
Si se explica el tema desde el punto de vista de la conductividad
(1/ρ), estamos ante un fenomeno basicamente electroquimico o
electrolitico, entonces va a depender de la cantidad de agua
depositada, nivel de humedad, y la cantidad de sales.

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El efecto del agua en la resistividad del suelo dependerá de la
cantidad de sales disueltas. ¿Y viceversa?
Consiguientemente la resistividad del suelo dependerá de las
condiciones climáticas, de su habilidad para retener el agua, de
su compactación, etc.
¡ La conducción del terreno es fundamentalmente electroquímica !
Los terrenos no son uniformes y presentan capas diferentes. Por
ello cuando se mide la resistividad se esta midiendo la
resistividad aparente.
La mejor evaluación será medir la resistividad de cada capa sus
profundidades y espesores.
A medida que aumenta el tamaño de las partículas del terreno
aumenta la resistividad. La grava tiene mayor resistividad que la
arena, y ésta mayor resistividad que la arcilla.
La resistividad de los suelos () se expresa en Ω-m, que
corresponde a la resistencia de 1 ohm de un cubo de 1 m3 de
suelo o aguas medidos entre sus paredes laterales.

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FACTORES QUE DETERMINAN LA
RESISTIVIDAD DE LOS SUELOS
 Naturaleza de los suelos.
 La humedad
 La temperatura del terreno
 La concentración de sales disueltas.
 La compactación del terreno.
 La estratificación del terreno.
NATURALEZA DE LOS SUELOS
Los suelos pueden ser buenos, regulares o malos conductores de la
corriente eléctrica dependiendo de su naturaleza. Sin embargo,
dado los volúmenes que entran en juego, es posible conseguir una
conducción aceptable. Suelos arcillosos, arenosos y rocosos
algunas veces tienen una resistencia elevada, por lo que pueden
considerarse como conductores pobres.
La GRANULOMETRIA se relaciona con el tamaño del grano que
compone predominantemente el suelo y sus características
higroscópicas (absorción) y retención del agua.
El efecto de esta condición es:
ResistividadVolumen grano
Grado de unión (Compactación) – Forma de cristales
Tamaño de grano

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Para el diseño e instalación de una sistema de puesta a tierra
el primer paso debe ser el conocimiento del terreno.
La resistividad del terreno define la resistencia de puesta a
tierra de un electrodo.
VALORES ORIENTATIVOS DE LA RESISTIVIDAD EN FUNCION DEL TERRENO

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Fuente: MANUAL THOR-GEL

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VALORES MEDIOS APROXIMADOS DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO
FORMULAS SIMPLIFICADAS PARA ESTIMAR LA RPT EN FUNCION DE LA
RESISTIVIDAD DEL TERRENO Y LAS CARACTERISTICAS DEL ELECTRODO

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LA HUMEDAD
La resistividad de un terreno tiene relación directa al porcentaje
de humedad que éste presenta (estado hidrométrico).
Al aumentar la humedad disminuye la resistividad. Al disminuir la
humedad aumenta la resistividad. Esta relación no es lineal
porque la resistividad presenta “saturacion” cuando el porcentaje
de humedad aumenta.
Resistividad de un terreno
arcilloso en función de la
humedad del suelo h.

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Debido a que la conducción de corriente es mayormente
electrolítica, la humedad facilita la disociación de las sales en iones
positivos y negativos; al haber más humedad hay mayor
conductividad y por lo tanto menor resistividad.
Variación de la resistividad en función de la humedad.
Muchas veces, una manera de reducir la resistencia de puesta a
tierra es humedeciendo el terreno a lo largo del tiempo, logrando
así valores bajos de resistividad. Hay algunas instalaciones que
tiene prevista una tubería de agua, la que utilizan para mantener
una concentración de humedad en todas las épocas y durante
años; manteniendo valores bajos de resistividad.

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TEMPERATURA
Como característica de una resistencia, la resistividad del
terreno aumenta cuando se incrementa la temperatura, pero
cuando se esta a 0 ºC y menos la resistividad aumenta
bruscamente. El hielo se comporta como aislante.
¡ Poca incidencia
para temperaturas
superiores al punto
de congelamiento !
En lugares fríos o
gélidos se deben
instalar puestas a
tierra a mayor
profundidad para
evitar temperaturas
de congelamiento.
La resistividad del suelo es aproximadamente independiente de la
temperatura hasta que alcanza el punto de congelamiento; en ese
momento la resistividad del suelo se incrementa muy
rápidamente pareciendo que no hay virtualmente ningún contacto
con la tierra, la razón de ello es debido a que no hay disociación
de sales.

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CONCENTRACION DE SALES DISUELTAS
La mayor concentración de sales disueltas, mejora notablemente
la conductividad. La resistividad disminuye.
¡Las lluvias o riego excesivo lavan las sales contenidas en la poza!
También la
concentración de
sales disueltas se
satura como la
humedad y en éste
punto un mayor
incremento
contribuye
mínimamente a
disminuir la
resistividad del
terreno.
Variación de la resistividad en función al contenido de sales.
El contenido de sales produce una menor resistividad ínter granular, lo cual
permite circular corrientes con mayor facilidad y además, la sal (NaCl) es un
material que absorbe con facilidad la humedad (higroscopico) al igual que el
cemento y el carbón vegetal, pero………..

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COMPACTACION DEL TERRENO
Cuando el terreno está mas compactado disminuye la resistividad.
Implica un mayor contacto entre el electrodo y el terreno.
El grado de compactación altera el valor de la resistividad, debido
a la unión de los granos.
•Relación directa al
almacenamiento de
agua, y
•Relación inversa a
intersticios de aire.

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ESTRATIFICACION DEL TERRENO
El suelo esta formado por estratos (capas) a diferentes profundidades
y con diferentes resistividades. Debido a la formación geológica,
generalmente son paralelas a la superficie.
La instalación de una puesta a tierra en una capa de mayor
resistividad conduce a una alta resistencia de puesta a tierra.
Para el conocimiento de las resistividades de las capas
necesariamente deberán realizarse mediciones para poder determinar
el valor de la futura puesta a tierra.
Entonces la resistividad del terreno depende de las características de
las capas.
Anisotropía o grado de desorden
COMPORTAMIENTO DE LAS CAPAS DE UN TERRENO

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Otros factores del suelo que tienen una repercusión directa
en lo que respecta al diseño de SPAT:
Permitividad ()
Tiene repercusión directa en el comportamiento transitorio.
Factor de ionización (particular de cada tipo de suelo)
Implica la ionización de suelo (Efecto corona) por la aplicación de
una alta intensidad de campo eléctrico.
PH
Influye significativamente en la vida útil del SPAT por corrosión.
MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO
La medición de la resistividad del terreno es la razón más
importante para los electricistas al diseñar sistemas de puesta a
tierra.
La resistividad es un factor determinante en el valor de
resistencia a tierra que pueda tener un electrodo enterrado, se
podría determinar a que profundidad debe ser enterrado el
mismo para obtener un valor de resistencia bajo.
La resistividad puede variar ampliamente en terrenos que tengan
las mismas características, su valor cambia con las estaciones, el
contenido de electrolitos: humedad, minerales y sales disueltas.
También es influenciada por la temperatura.
Un suelo seco tiene un alto valor de resistividad si no contiene
sales solubles. (sales comerciales).

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CONSIDERACIONES PARA LA MEDICION
Al margen de otras consideraciones, el instrumento de medida
deberá ser de corriente alterna por las siguientes razones:
A. La aplicación de C.D. en el agua con sales disueltas podría dar
lugar a fenómenos electrolíticos que confundirían los resultados.
B. En el suelo a veces están presentes corrientes parásitas o
vagabundas (fugas a tierra) a frecuencia del sistema eléctrico (60
ó 50 Hz). Particularmente en las inmediaciones de instalaciones
de potencia, éstas podrían falsear la medida.
Empleando corriente alterna en la medida a una frecuencia
diferente a la industrial (60 Hz), puede sintonizarse la respuesta
del equipo de modo que resulte improbable la influencia externa.
Para la medición de la resistividad del terreno y la resistencia de
tierra será conveniente realizar las mediciones con el terreno
seco, por lo menos a una semana después de la última lluvia.
El método más utilizado por los electricistas para realizar las
mediciones es el de Wenner. (Desarrollado por Frank Wenner en
1915)
Para la medición se disponen 4 electrodos en línea recta y
equidistantes una distancia "a", simétricamente respecto al punto
en el que se desea medir la resistividad del suelo, posteriormente,
el equipo de medida es un telurómetro de cuatro terminales, los
electrodos externos son los de inyección de la corriente y los
centrales los encargados de medir la caída de potencial (en función
de la resistencia y la corriente inyectada).
A number of
measuring
techniques are
described in
detail in IEEE
Std 81-1983.
Wenner four-pin
method

17
Sinóptico del
medidor de tierras
Disposición
habitual del método
de Wenner

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El valor obtenido con la medición es sustituido en la expresión
obteniéndose un valor promedio de resistividad aparente a una
profundidad equivalente a la distancia "a" entre los electrodos:
Donde:
a : Distancia entre electrodos en metros
b : Profundidad del electrodo en metros
R : Valor de resistencia obtenido en la medición con el
telurómetro (R = V/I)
Si a > 20b la expresión anterior se puede aproximar a:
(con a en m )
(con a en pies)
OTRAS DISPOSICIONES DE LOS ELECTRODOS EN
EL METODO DE WENNER PARA OBTENER 

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Método de Schlumberger para la medición de
resistividad de suelos.
En este método las picas, varillas o barras también se
ubican en línea recta. Respecto del centro de la medición,
las varillas de corriente y de tensión equidistan una longitud
L y s respectivamente.
La longitud L representa, en este método, la evaluación de
la resistividad del suelo a la profundidad L.
También este método conduce a la determinación de una
resistividad aparente a que representaría la de un terreno
homogéneo.
La siguiente expresión calcula a en funcion a los
parametros: resistencia medida por el terrometro, y las
separaciones entre picas de tensión y corriente.

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Con este método la medición de resistividad es mas ágil y es
usado en lugares donde no hay mayor espacio, ya que solo se
varia la distancia entre las varillas de corriente.
Se necesita contar con instrumentos de mayor sensibilidad,
porque a mayores profundidades de evaluación el
telurómetro medirá pequeñas resistencias (< 1 ohm).
Otra configuración que se debe confrontar con la anterior es:
En este caso la
resistividad resulta:
Generalmente la relación
b/a debe ser un numero
entero.
Criterios prácticos a tener en cuenta al
medir la resistividad del terreno:
 La profundidad de los electrodos
no debe sobrepasar 30 cm.
 Es conveniente que se realicen
mediciones en diferentes
direcciones para un mismo sondeo,
por ejemplo de Norte a Sur y de
Este a Oeste, debido a las
características de anisotropía de los
suelos.
 Al elegir la profundidad de exploración no se recomiendan
profundidades mayores a los 8 metros puesto que es muy difícil
poder llegar con las tomas de tierra hasta esos niveles, esto
implica separaciones interelectródicas hasta 11 metros.

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 No es conveniente que las
mediciones se realicen donde
existan tomas de tierra o tuberías.
Se obtienen resultado errados.
 Si se quiere conocer la
resistividad existente en una
puesta a tierra, es obligatorio
realizar la medición en una zona
cercana a la misma, con
características similares y con la
misma conformación geológica.
 Al realizar las mediciones en
diferentes direcciones, (norte-sur,
este-oeste, etc.) los valores de
resistencia obtenidos para cada
separación entre electrodos a
pueden ser promediados, no
pueden ser promediados valores
obtenidos con diferentes a.
Con estos valores obtenidos se traza la curva de resistividad, por
la cual se selecciona, a que profundidad deben ser enterrados los
electrodos.

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Medidas
realizadas en el
terreno
adyacente a las
pozas de PT de
Ing. Química

23
MODELAMIENTO DE SUELOS
Interpretación de las medidas de resistividad del suelo realizadas
en el campo es la parte mas difícil del proceso de determinación
de la resistividad. El objetivo fundamental es obtener un modelo
del suelo que sea aproximadamente igual al suelo existente.
Téngase en cuenta la anisotropía de los suelos.
Los modelos de suelo mas utilizados es el modelo de suelo
uniforme y el modelo de suelo de dos capas. El modelo de dos
capas es un aproximado de muchas estructuras de suelo, los
modelos de múltiples capas son utilizados para suelos mas
complejos.
Un modelo de suelo uniforme se utiliza solo cuando existe una
variación moderada en la resistividad aparente, que raramente
existe.
Una representación mas exacta de un suelo es el modelo de dos
capas que consiste en una capa superior de profundidad finita y
una capa inferior de profundidad infinita, ambas de diferente
resistividad.

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SUPOSICION DE SUELO UNIFORME
Un modelo de suelo uniforme se puede utilizar en ves de uno de
dos capas cuando no se tenga las herramientas de calculo. Un
aproximado de suelo uniforme se puede tener tomando el
promedio aritmético de las resistividades aparentes.
Modelo de suelo a dos capas.
Ejemplo de modelo de suelos: se modelará el suelo con las resistividades
aparentes medidas.

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¿Suelo homogéneo?
3258
4126
3607
4533
4305
4004
4752
5221
Resistividad
(ohm-m)
Reparación
(m)
¿Suelo homogéneo?

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