Una guía práctica de picas de puesta a tierra: tipos, selección, instalación y mantenimiento

Una pica de tierra es sólo una parte de un sistema de puesta a tierra, pero a menudo es la parte que decide si la instalación pasa su prueba de resistencia. En el sitio de una subestación, una torre de telecomunicaciones, un parque solar o una planta industrial, una varilla que se eligió sin verificar las condiciones del suelo puede producir una resistencia de tierra inestable, una detección difícil de fallas y corrosión prematura. La conclusión práctica de años de trabajo de conexión a tierra es sencilla: elija la varilla después de conocer el suelo, la resistencia objetivo y el método de conexión que planea usar, luego instálela con el cuidado que le daría a un dispositivo de seguridad permanente.

Qué hacen las varillas de puesta a tierra y por qué son importantes

Las picas de puesta a tierra, también conocidas como picas de tierra o electrodos de tierra, proporcionan un camino de baja impedancia para que la corriente de falla, las sobretensiones de los rayos y las descargas estáticas lleguen al suelo circundante. Esta ruta brinda a los dispositivos de protección un punto de referencia controlado, limita los voltajes de paso y de contacto y ayuda a mantener estables los equipos eléctricos y electrónicos durante el funcionamiento normal.

La vara por sí sola no asume toda la responsabilidad. Su rendimiento depende del área de contacto entre el metal y la tierra, la conductividad del material de la varilla, la resistividad del suelo alrededor del electrodo y la calidad de la conexión del conductor de tierra a la varilla. Incluso una varilla de alta calidad tendrá un rendimiento inferior si la abrazadera está floja, el suelo se ha secado o el conductor es de tamaño insuficiente.

• Las subestaciones y los patios de distribución utilizan picas de puesta a tierra para igualar los potenciales durante condiciones de falla.
• Los sitios de telecomunicaciones dependen de varillas para estabilizar el voltaje de referencia y reducir la interferencia.
• Los parques solares y las instalaciones industriales necesitan varillas para satisfacer los requisitos de seguridad de la planta y eliminación de fallas.
• Los edificios residenciales utilizan varillas para proporcionar un camino alternativo para los rayos y las sobretensiones de los servicios públicos.

Para la mayoría de los proyectos, el objetivo no es lograr un valor extremadamente bajo a toda costa; es lograr un valor estable que se mantenga dentro del límite requerido bajo cambios estacionales de humedad y temperatura.

Principales tipos de picas de puesta a tierra

Los compradores suelen empezar por la gama de picas de tierra disponibles en el mercado. La elección del material afecta el precio, la vida útil, la resistencia a la corrosión y la compatibilidad con otros componentes de conexión a tierra. La siguiente tabla muestra los cuatro tipos de varillas más comunes y las situaciones en las que cada uno merece consideración.

Para una instalación industrial estándar, la pica de puesta a tierra de acero recubierta de cobre es una opción sólida porque el núcleo de acero proporciona la resistencia mecánica necesaria para la conducción, mientras que la capa de cobre proporciona una baja resistencia eléctrica y un buen rendimiento contra la corrosión en la mayoría de los suelos. La elección se vuelve más específica cuando se agregan a la evaluación la resistividad del suelo, el espesor del recubrimiento y los materiales de conexión.

Cómo elegir la pica de puesta a tierra adecuada para su proyecto

La selección comienza con un estudio del suelo, no con el catálogo de varillas. Mida la resistividad del suelo en la zona real de instalación, ya que los valores pueden variar desde menos de 50 ohmios en arcilla húmeda hasta más de 1.000 ohmios en suelos arenosos o rocosos. Esta cifra influye en la longitud de las varillas, la cantidad de varillas, el espaciado de las varillas y si necesita tratamiento adicional.

Los códigos locales y las especificaciones del proyecto a menudo establecen una resistencia de tierra objetivo. En algunas regiones, se acepta una sola varilla cuando su resistencia medida es de 25 ohmios o menos, y se requiere una segunda varilla si es mayor. Muchas especificaciones industriales y de telecomunicaciones ajustan el límite a 10 ohmios o menos, mientras que los centros de datos y las subestaciones pueden exigir de 1 a 5 ohmios. El enfoque correcto es comparar los datos del suelo con las especificaciones antes de decidir si se necesita una varilla, varias varillas o una varilla de puesta a tierra química.

• Resistividad del suelo por debajo de 100 ohmios-metro: las varillas galvanizadas o unidas con cobre estándar suelen ser suficientes.
• Resistividad del suelo entre 100 y 500 ohmios-metro: son comunes una varilla más larga o varias varillas espaciadas.
• Resistividad del suelo superior a 500 ohmios-metro: considere varillas paralelas, varillas hundidas profundamente o una varilla de puesta a tierra química para reducir la resistencia.

El riesgo de corrosión cambia la elección del material. Una varilla de cobre funciona bien en muchos suelos neutros, pero una instalación cerca de la costa, en un sitio industrial con potencial de derrame químico o en un suelo altamente ácido puede requerir una varilla de conexión a tierra de cobre puro o una alternativa de acero inoxidable. Verifique el espesor del revestimiento de cobre en varillas unidas con cobre; 0,254 mm es una especificación común y una capa más delgada puede reducir la vida útil en suelos agresivos.

Prácticas de instalación que marcan la diferencia

Una pica de tierra correctamente seleccionada aún puede fallar si la instalación se apresura. Los principales riesgos son un mal contacto con el suelo, flexión durante la conducción, una abrazadera subestimada y una conexión que se corroe después de cerrar la zanja. Estos riesgos se pueden evitar con pasos de instalación bien establecidos.

1. Verifique la ubicación, la resistividad del suelo y la profundidad de la varilla objetivo antes de conducir. Si el suelo es rocoso, utilice un orificio guía o instale una varilla más larga en una zanja en lugar de forzar la varilla.
2. Conduzca la varilla verticalmente, manteniendo la herramienta impulsora alineada con el eje de la varilla para evitar que se doble. La parte superior de la varilla debe permanecer accesible y protegida por una tapa de inspección si es necesario.
3. Utilice acopladores cuando se necesite una varilla seccional para alcanzar la profundidad. Un acoplador mecánico debe ser compatible con el diámetro de la varilla y debe crear una unión de baja resistencia.
4. Conecte el conductor de tierra con una abrazadera, conector o soldadura exotérmica que esté clasificada para el tamaño del conductor y el acabado de la varilla. La corrosión galvánica puede ocurrir cuando se conectan materiales incompatibles, por lo tanto, seleccione acopladores y abrazaderas de varilla adecuados para el material de varilla específico.
5. Mida la resistencia de tierra después de la instalación y nuevamente después de que el suelo se haya asentado o después de un ciclo de humedecimiento. Si el valor es demasiado alto, agregue otra varilla o mejore el suelo alrededor del electrodo.

Cuando la resistencia a tierra de una pica accionada estándar sigue siendo demasiado alta, se puede instalar una pica de tierra química con un compuesto de relleno conductor. Este enfoque reduce la resistencia en un volumen de suelo mayor, lo que es especialmente útil en sitios estrechos, terrenos de grava o lugares rocosos donde las varillas de carga no se pueden clavar a suficiente profundidad.

Pruebas, mantenimiento y rendimiento a largo plazo

La resistencia del suelo no es un número fijo. Sube cuando el suelo se seca, baja cuando la lluvia aumenta el contenido de humedad y puede subir permanentemente cuando una conexión se corroe o se corroe un revestimiento. Una prueba de resistencia a tierra realizada con un probador de cuatro puntos o de pinza le brinda al propietario del equipo una verificación clara de si la pica de tierra aún cumple con las especificaciones del proyecto.

Para instalaciones permanentes, realice pruebas al menos una vez al año y después de eventos importantes como tormentas eléctricas, excavaciones cerca de la varilla o cambios en la infraestructura de servicios públicos cercana. Mantenga un registro de los valores medidos para poder detectar aumentos anormales antes de que causen daños al equipo. En sistemas de alta frecuencia o electrónicos, inspeccione la conexión entre la varilla y el conductor de tierra con el mismo cuidado con el que inspecciona la propia varilla; una abrazadera aflojada crea un obstáculo inductivo y resistivo que no se puede ver desde la superficie.

Un buen diseño de puesta a tierra no termina con una varilla accionada. Se pueden conectar varias varillas en paralelo para reducir la resistencia, y cada varilla adicional debe estar espaciada al menos a la longitud de una varilla de la primera para evitar la superposición de áreas de resistencia. Estas varillas deben unirse con conductores continuos y conexiones permanentes, no con cables temporales enrollados alrededor de la varilla.