SISTEMAS DE ATERRAMIENTO CON LA UTILIZACIÓN DE CONDUCTORES Y BARRAS ENVUELTOS EN CONCRETO

SISTEMAS DE ATERRAMIENTO CON LA UTILIZACIÓN DE CONDUCTORES Y BARRAS ENVUELTOS EN CONCRETO

La técnica de envolver barras de aterramiento en concreto fue creada por el ingeniero Helbert Ufer, durante la segunda guerra mundial (Fagan y Lee, 1970; Telló et al., 2007). Los Estados Unidos, en Ia época, necesitaban de un aterramiento confiabIe, en sus depósitos, para evitar Ia detonación de explosivos durante la ocurrencia de descargas atmosféricas (Piantini y Janiszewski, 2004; Grcev, 2009; Villa et al., 2009). Este tipo de aterramiento es conocido en la literatura como aterramiento Ufer.

Los resultados de Ufer consideran que el metal encapsulado con concreto actúa como un electrodo de aterramiento eficaz (Khalid et al., 2011).

El concreto es un material utilizado en la construcción civil, compuesto de una mezcla de cemento, arena, piedras y agua, además de otros materiales eventuales, tales como aditivos.

El concreto es higroscópico, o sea, absorbe humedad rápidamente y la pierde lentamente. Un bloque de concreto enterrado en el suelo se comporta como un semiconductor, con resistividad variando entre 30 e 90 Q.m (IEEE Std 80, 2000).

Para una barra convencional, el valor de la resistencia de tierra puede ser obtenido por la expresión (1):

        

donde:

Rat=resistencia de tierra (Ω);

pa=resistividad aparente del suelo (Q.m);

L=longitud de la barra (m); D=diámetro de la barra (m)

      La expresión (2) puede ser utilizada para calcular el valor de la resistencia de tierra de una barra de aterramiento envuelta en concreto (IEEE Std 80, 2000):

 

donde:

RCE=resistencia de tierra (Q);

p=resistividad del suelo (Q.m);

pc=resistividad del concreto (Q.m);

d=diámetro de la barra (m);

Dc=diámetro del encapsulamiento de concreto (m);

Lr=longitud de la barra (m)

En Clausen et al. (2004) fue realizada una investigación experimental considerándose mallas convencionales y con barras y conductores envueltos en concreto. Fueron utilizados barras de cobre como base para la construcción de la mayoría de las mallas. En la primera etapa fueron consideradas cinco configuraciones: 1 barra simple; 3 y 5 barras en línea; 3 barras en V y 3 barras en triángulo.

El local donde estas mallas fueron construidas posee suelo homogéneo, del tipo arenoso oscuro, con resistividad alrededor de 1000 Q.m.

A efecto de comparación, fueron construidas dos configuraciones con las mismas características citadas anteriormente, siendo con 1 barra simple y 3 barras en línea, todos envueltos en concreto, en la proporción de cinco porciones de arena gruesa para una de cemento.

Después del uso del concreto, las barras y los conductores quedaron con diámetro de 40 cm. La reducción de resistencia de tierra después, con el concreto, fue de 38% en relación a la convencional.

En el caso de la malla con tres barras alineados, la reducción fue de 33,9% con o uso del concreto. La Fig. 1 muestra una malla con conductores y barras envueltos en concreto.

De este modo, los autores (Clausen et al., 2004) presentaron resultados de mediciones que posibilitaron la proposición de una nueva técnica de aterramiento para sistemas de distribución de energía, o sea, la utilización del propio poste duplo "T" como parte del aterramiento eléctrico, pues con el uso de las barras concretadas e de los propios postes, los resultados medidos en campo fueron excelentes. En Souza et al. (2007) fueron analizadas alternativas para la construcción de mallas de aterramiento en un suelo con alta resistividad eléctrica, con base en resultados obtenidos en mediciones.

Fig. 1: Malla con conductores y barras envueltos en concreto (Clausen et al., 2004)

En la primera etapa, fueron construidas dos mallas en triángulo, una con barras convencionales y otra con barras concretadas. La malla utilizando barras concretadas fue construida con la misma mezcla de concreto que es usada para construcción de postes de las redes de distribución de energía eléctrica.

Después de la construcción de las dos mallas, fueron iniciadas las mediciones a través de la utilización de un terrómetro digital de cuatro puntas (Devarakonda et al., 2007). Los valores de resistencia de tierra fueron obtenidos durante dos períodos (lluvioso y seco).

El aterramiento que utilizó barras concretadas presentó valores de resistencia de tierra significativamente menores cuando comparados con la malla de aterramiento convencional. Para el período seco, la malla con barras concretadas presentó reducción de 61% del valor de resistencia de tierra en comparación con el valor de la malla convencional.

El valor de resistencia para el período lluvioso presentó reducción de 34% en relación a la malla convencional.

Los resultados mostrados en Clausen et al. (2004) y Souza et al. (2007) fueron obtenidos a través de mediciones en el campo, sin que se realizaran comparaciones con cálculos teóricos de las resistencias de tierra.