Err-370023 CA La Esperanza

ESTUDIO DE RESISTIVIDAD PARA SISTEMA SISTEM A PUESTA A TIERRA 370023 CA LA ESPERANZA

SOLICITADO: Quanta Services Perú SAC UBICADO:

Calle Esmeralda S/N La Esperanza Distrito de Huabal Huabal Provincia de Jaén Departamento de Cajamarca

Agosto, 2017

WEB: www.geofal.com.pe E-MAIL: [email protected] / [email protected] [email protected] Av. Marañón N° 763, Los Los Olivos – Olivos – Lima Lima / Teléfono 01 522-1851

INFORME DE ESTUDIO DE RESISTIVIDAD DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Consideración de Quanta Services Perú S.A.C. Por el presente ponemos en consideración el estudio de resistividad, las mediciones se realizaron en la sede donde se va a ejecutar el Sistema de Puesta de Tierra con Resistencia menor a 5 ohmios.

1

Medición de Resistividad Eléctrica La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste para conducir electricidad; es conocida además como la resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que estos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se denomina como "Resistividad Aparente", que para el interés de este trabajo será conocida simplemente como "Resistividad del Terreno". Se define el término resistividad como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un cubo de terreno de un metro por lado. 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: 

Sales solubles.



Composición propia del terreno.

Estratigrafía.

Granulometría.







Estado higrométrico.

Temperatura.

Compactación.





Una vez concluidas las mediciones de resistividad del suelo, se prosiguió con el análisis de los estratos resistivos, los mismos que fueron desarrollados utilizando el software IP2Win 3.1, diseñado para una interpretación de los datos de prospección eléctrica automática o semi-automática. Este software es una herramienta ampliamente utilizada en este tipo de estudios, ya que nos da un conveniente análisis del modelo 1D - multicapa. IP2Win dispone de varios métodos de cálculo de capas resistivas, incluyendo Schlumberger, Wenner, y Axial dipolo. Para nuestro análisis, el método utilizado para caracterizar los suelos ensayados ha sido mediante Wenner para AB/2 (indica el medio de la di stancia de los electrodos de corriente). Es importante señalar que los valores obtenidos no se pueden generalizar para el mismo tipo de suelo en diferentes lugares, ya que estos dependen de las condiciones químicas y de la humedad del suelo a prueba; así tenemos, por ejemplo, que los valores para la arena arcillosa en un lugar determinado, no necesariamente serán los mismos en un lugar diferente; por lo tanto, se concluye que los valores obtenidos son válidos únicamente para los sitios estudiados.

ERR: 370023 CA LA ESPERANZA

1.1

Método de Medición de Resistividad Las mediciones se realizaron con un telurómetro, aplicando el método Wenner, basado en el principio de caída de potencial, bajo las condiciones geométricas mostradas en la siguiente figura:

Dónde: C1 y C2 = Terminales de corriente. P1 y P2 = Terminales de potencial. El método aplica el principio de caída de potencial y simplifica el “factor forma”, para facilitar los sondeos geoeléctricos de la siguiente manera:



Se utiliza la disposición de 4 electrodos clavados en línea recta.



Los electrodos se clavan equidistantes con una separación “a” (m).



La profundidad de clavado mínimo en el suelo será “b” ≤ a/20.



Se inyecta la corriente de medida (I) en el circuito de electrodos (C1) y (C2).





Se mide una diferencia de potencial intermedia (Vs) entre los electrodos intermedios (P1) y (P2). Se mide (I) y (Vs) o bien la Resistencia (R) con un Telurómetro R= Vs/I.

Vs = ρI F (r n)

…………………… …… (1)

2 F (r n) = - 1 - 1 + 1….... (2) 1 r 1 r 2 R1 R2


Para lo cual se debe cumplir la siguiente condición: r1 = R2 = a

…….. (3)

r2 = R1 = 2a

Reemplazando la condición (3) en el “Factor Forma” (2), se obtiene: F (r n) = 1/a. Por lo tanto, reemplazando en (1):

; sin embargo R = Vs

Vs = ρI 2

a

I

Finalmente, la expresión que nos da el valor de la resistividad. ρ=2 ρa = 2

1.2

aR aRa

Para medidas en suelo homogéneo (propia). Para medidas en suelo estratificado (aparente).

ρa = ρ

Se cumple en suelos homogéneos.

ρa ≠ ρ

Se cumple en suelos estratificados.

Procedimiento de Medición Para llevar a cabo la medición de la resistividad, inicialmente se realizó el tendido de la línea sobre el suelo no removido, hincando 4 estacas de cobre de 20” de longitud cada una, las estacas se hincan separadas la misma distancia. El procedimiento comienza con el hincado de las estacas de cobre con la ayuda de una comba, la primera con una separación entre las estacas de 1 m, la segunda con una separación de 2 m, luego será de 3 m y la última de 4 m de separación; posteriormente, se conectaron los cables con el conector tipo cocodrilo, a las estacas hincadas previamente, siguiendo el presente orden rojo, azul, negro y verde; se insertaron los conectores en el equipo, para finalmente prender el equipo y realizar la medición correspondiente. Este proceso se repitió 3 veces, para obtener los 3 perfiles que se pide como mínimo.


1.3

Equipos y/o Instrumentos Utilizados Los equipos, herramientas e instrumentos utilizados fueron: 

1.4

Un telurómetro digital SEW STAV DARS, modelo 4235 ER, Nº Serie: 1642287, 4 varillas de cobre, cables 16 AWG pertenecientes al equipo, de colores rojo, azul, negro y verde.



Una cámara fotográfica.



Una comba.



Una cinta de medir de 50 m.



Libreta de notas.

Ubicación de Ensayos de Resistividad Eléctrica y Resultados Obtenidos En las Tablas 1 y 2 se presenta la ubicación y resultados obtenidos de los ensayos de resistividad eléctrica.

Tabla 1 Ubicación de Ensayos de Resistividad Eléctrica.

COORDENADAS UTM WGS-84 ESTE NORTE

SONDAJE

733 512

Proyecto

9 383 070

Tabla 2 Resultados Obtenidos de los Ensayos de Resistividad Eléctrica. PERFIL - 1 RESISTENCIA

RESISTIVIDAD

(Ω)

(ρ=2πDR) Ω-m

1

5.87

36.9

2

1.66

20.9

3

0.84

15.8

4

0.57

14.3

DISTANCIA (a)

PERFIL - 2 RESISTENCIA

RESISTIVIDAD

(Ω)

(ρ=2πDR) Ω-m

1

7.59

47.7

2

1.93

24.2

3

1.03

19.4

4

0.63

15.8

DISTANCIA (a)


PERFIL - 3 RESISTENCIA

RESISTIVIDAD

(Ω)

(ρ=2πDR) Ω-m

1

7.18

45.1

2

2.24

28.2

3

1.41

26.5

4

0.97

24.3

DISTANCIA (a)

2

ESPACIO (a)

PERFIL 1

PERFIL 2

PERFIL 3

RESISTIVIDAD PROMEDIO (ohm-m)

1

36.9

47.7

45.1

43.23

2

20.9

24.2

28.2

24.43

3

15.8

19.4

26.5

20.57

4

14.3

15.8

24.3

18.13

Consideraciones para la Puesta a Tierra El sistema de puesta a tierra a utilizar será del tipo varillas en combinación con un contrapeso horizontal, para poder obtener la resistencia de puesta a tierra conveniente para este tipo de terreno de alta resistencia eléctrica. Se considera este sistema de puesta a tierra exclusivo para los circuitos del Proyecto que llegarán a descargar en este sistema de tierra. La profundidad de la instalación del contrapeso será de 0.6 m, además la separación entre pozos será como mínimo de 5 m. Se recomienda utilizar soldadura CADWEL para la conexión del sistema de puesta a tierra. La conexión de los pozos a tierra será en paralelo.

Fig 1.- Conexión en paralelo de los pozos a tierra


3

Diseño y Construcción

3.1

Fórmulas Utilizadas 3.1.1 Cálculo de Resistividad Aparente Para calcular la resistividad aparente de un sistema de aterramiento solo se considera el nivel de penetración de la corriente de filtrado. Por lo tanto, un suelo con muchas capas puede ser reducido a un suelo equivalente usando la fórmula de Hummel.

3.1.2 Cálculo de Resistividad de Diseño

Donde: ρd :

Resistividad e Diseño

ρa : Resistividad Aparente R% : Porcentaje de Reducción

3.1.3 Resistencia de un Solo Electrodo

Donde: Re :

Resistencia de un Electrodo Vertical

ρd :

Resistividad de Diseño

L:

Longitud del Electrodo

r:

Radio del Electrodo


3.1.4 Cálculo de Resistencia para Múltiples Electrodos De acuerdo a la publicación de IEEE4 – std 142 – 1991, pág. 178, múltiples electrodos en paralelo alcanzan una menor resistencia a tierra que un simple electrodo. Los múltiples electrodos son comúnmente usados para proveer una baja resistencia requerida en instalaciones de alta capacidad. Adicionando un segundo electrodo; sin embargo, no logra que la resistividad baje a la mitad del electrodo simple, a menos que este se ubique a una distancia varias veces la longitud del electrodo colocado. Una regla usual es que los sistemas a tierra de 2 – 24 barras colocados en una línea, círculo, rectángulo, cuadrado o triángulo provean una resistencia que viene a ser el cociente de dividir la resistencia inicial entre el número de pozos multiplicado por el factor de la tabla que se adjunta. Tabla 3 Factores para el Cálculo de Resistencia para Múltiples Electrodos Número de

Electrodos

F

1

1.03

2

1.16

3

1.29

4

1.36

5

1.44

6

1.52

7

1.60

8

1.68

La fórmula de resistencias en paralelo no se aplica por que no considera la resistencia mutua entre electrodos, el mismo que hace que la resistencia aumente.

3.1.5 Resistencia de Electrodos en Paralelo

Donde: Rr :

Resistencia de N Electrodos

Re :

Resistencia de un Electrodo

N:

Número de Electrodos

F:

Factor de Tabla


3.1.6 Resistencia de Conductor Enterrado

Donde: Rc :

Resistencia de un Conductor Enterrado

ρc :

Resistividad donde va el Conductor

Ltotal :

Longitud Total del Conductor

h:

Profundidad a la que se encuentra enterrado el Conductor

a:

Radio del Conductor Enterrado

3.1.7 Resistencia de Conductor con Aditivo

Donde: R:

Resistencia de un Conductor con Aditivo

ρ:

Resistividad del Terreno

L:

Longitud Total del Conductor

D: Conductor

Profundidad a la que se encuentra enterrado el

W:

Espesor del Contrapeso con aditivo

3.1.8 Resistencia Mutua

Donde: Rm :

Resistencia Mutua entre Conductores y Varillas

ρd :

Resistividad de Diseño

Ltotal : Longitud Total del Conductor L:

Longitud del Electrodo ERR: 370023 CA LA ESPERANZA

3.1.9 Resistencia Total

Donde: Rt :

Resistencia Total del Sistema

Rr :

Resistencia de Electrodos en Paralelo

Rc :

Resistencia de un Conductor Enterrado

Rm :

Resistencia Mutua entre Conductores y Varillas

4

Productos Químicos, Cantidad y Método de Aplicación

4.1

Redugel Para pozos aplicar 2 dosis por cada metro cúbico de tierra de cultivo, en zanja aplicar 1 dosis por cada metro lineal de zanja.

4.2

Bentonita Sódica Para pozos aplicar 60 kg de bentonita sódica por cada metro cúbico de tierra de cultivo, en zanja aplicar 60 kg de bentonita sódica por cada metro cúbico de tierra de cultivo.

4.3

Sal (PACH) Para pozos aplicar 125 kg (cinco sacos de 25 kg) de PACH por pozo; en zanja aplicar 15 kg de PACH por cada metro lineal de zanja.

4.4

Datos del Redugel Las fórmulas descritas se utilizan para calcular cual sería la resistencia eléctrica de un electrodo dentro del terreno natural, al resultado se deberá aplicar un factor de reducción que se obtiene cambiando el terreno natural por tierra de cultivo y aplicando REDUGEL, en el siguiente orden: 2 dosis por metro cúbico, reducción 4060%; 4 dosis por metro cúbico, reducción 60-80%, dependiendo del tipo de terreno.

5

Cálculos de Diseño

5.1

Diseño de Puesta a Tierra con 3 Pozos Se utilizará Suelo de Cultivo como material de relleno del pozo a tierra mezclada con bentonita sódica 60 kg por metro cúbico de tierra y se le aplicará 2 dosis de Redugel El sistema de puesta a tierra estará compuesto por un contrapeso horizontal de aproximadamente 15.00 m de largo y 3 electrodos verticales. El contrapeso horizontal será conductor de cobre de 50 mm² y el electrodo será una varilla Copperweld de ø 3/4”.


5.1.1 Datos para el Cálculo del Sector Datos

Descripción

L=

2.4

Longitud del Electrodo (m).

r=

0.0095

N=

3

F=

1.29

Factor de Tabla.

R% =

50%

Porcentaje de Reducción (%).

Ltotal =

15

Longitud Total del Conductor (m).

h=

0.6

Profundidad a la que se encuentra enterrado el Conductor (m).

a=

0.00375

Radio del Electrodo ø3/4" (m). Número de Electrodos.

Radio del Conductor Enterrado (m).

5.1.2 Datos de Resistividad Utilizamos el el software IP2Win 3.1, diseñado para una interpretación de los datos de prospección eléctrica automática o semi-automática. Este software es una herramienta ampliamente utilizada en este tipo de estudios, ya que nos da un conveniente análisis del modelo 1D - multicapa.

ESPACIO (a)

PERFIL 1

PERFIL 2

PERFIL 3

RESISTIVIDAD PROMEDIO (ohm-m)

1

36.9

47.7

45.1

43.23

2

20.9

24.2

28.2

24.43

3

15.8

19.4

26.5

20.57

4

14.3

15.8

24.3

18.13


Resistividad de Capas: ρ1 :

56.2 Ω-m

ρ2 :

17.1 Ω-m

h1 :

0.804 m

h2 :

3.24 m

Altura de Capas:


5.1.3 Resistividad Aparente Para el cálculo de la resistividad aparente se usó la fórmula de HUMMEL, llegando a obtener un suelo equivalente para la ubicación del electrodo vertical.

ρ Aparente =

19.84 Ω-m

5.1.4 Resistividad de Diseño Es la resistividad con la cual el electrodo estará interactuando, para su cálculo se usará el 50% de reducción que viene hacer 2 dosis por metro cubico de REDUGEL (reduce entre 40-60%).

ρd =

9.92 Ω-m

5.1.5 Resistencia de un Electrodo Re =

4.09 Ω

5.1.6 Resistencia de Electrodos en Paralelos Para calcular esta resistencia, que es equivalente a usar 3 electrodos verticales, se usa el factor (F). Rr =

1.76 Ω

5.1.7 Resistencia de un Conductor Enterrado Para el cálculo de esta resistencia, debemos considerar que se cubrirá con la mezcla de tierra de cultivo y se trabajará con dicha resistividad.

Rc =

1.139 Ω

5.1.8 Resistencia Mutua entre Conductor y Electrodos Rm =

0.530 Ω

5.1.9 Resistencia Total. Es la resistencia del conjunto entre el contrapeso (15m) y los electrodos verticales (03).

Rt =

0.937 Ω


6

Conclusiones Como resultado de los ensayos de resistividad eléctrica efectuados, se concluye lo siguiente:











De los cálculos realizados en el informe para el diseño del sistema de Puesta a Tierra para el proyecto, se obtuvo una Resistencia Total de 0.937 Ω (ohmios). Se usará terreno de cultivo tanto para rellenar los pozos (aplicar 2 dosis de Redugel y 60kg de bentonita por metro cubico de tierra de cultivo) así como para rellenar los Contrapesos (aplicar 1 dosis de Redugel por metro lineal de zanja y 60kg de bentonita por metro cubico de ti erra de cultivo). El diseño indica que se requiere construir 3 electrodos de cobre en forma vertical con cemento conductivo, usando electrodos tipo varilla Copperweld de dimensiones ø3/4” por 2.4 m de longitud, interconectados a través de un conductor de cobre de 7.5m de largo y 0.00375 m de radio. Se usara oxido metálico REDUGEL para los pozos donde se instalara el electrodo. Se exige el uso de materiales de buena calidad y originales con certificación por parte del fabricante


Foto N° 01: Visualización Panorámica del perfil 1 del proyecto “370023 CA La Esperanza”

Foto N° 02: Lectura de campo a 1.0m

















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