Técnicamente, el término “puesta a tierra” significa la conexión física a la tierra.
Es, principalmente, un sistema de protección al usuario respecto de los aparatos conectados a la red eléctrica, y también un sistema de protección contra las sobretensiones o la acumulación de carga electroestática.
Consiste de una pieza metálica con poca resistencia que está enterrada en el suelo (en tierra real) y que cumple la función de derivar la tensión a través de ella.
Esta pieza metálica llamada jabalina, (también conocida como pica o electrodo), debe estar además conectada, de ser posible, a las partes metálicas de la estructura del edificio.
En la industria eléctrica se utiliza el término “puesta a tierra” para referirse tanto a la "conexión a tierra del equipo" como a la "conexión a tierra del sistema".
La conexión a tierra del equipo significa la conexión a tierra de materiales conductores que no transportan corriente, como conductos, bandejas de cables, cajas de conexiones, gabinetes y bastidores de motores.
La conexión a tierra del sistema significa la conexión de tierra a los puntos neutros de los conductores que transportan corriente, como el punto neutro de un circuito, un transformador, maquinaria rotativa o un sistema, ya sea de manera sólida o con un dispositivo limitador de corriente.
Funciones de un Sistema de Puesta a Tierra
Los sistemas de puesta a tierra fueron diseñados principalmente para cumplir cuatro importantes funciones:
- 1La primera función es eliminar la posibilidad de descargas eléctricas para el personal.
- 2La segunda está relacionada con la seguridad de los equipos eléctricos y electrónicos.
- 3La tercera es reducir la interferencia electromagnética en las comunicaciones.
- 4Y la cuarta función es reducir la carga electroestática en áreas peligrosas, como la zona de carga y descarga de vehículos que transportan materiales inflamables.
¿Por qué Funciona la Puesta a Tierra?
La tierra es una masa conductora extremadamente grande, en la que existe prácticamente cero resistencia entre dos puntos cualquiera.
Piensa en ella como un gran depósito de carga.
Como es eléctricamente neutra, en toda su masa se distribuye un número igual de cargas positivas (protones) y negativas (electrones). Debido a esto, la tierra tiene cero potencial.
La tierra, siendo un buen conductor de electricidad, actúa como un camino conveniente para el flujo de electrones que escapan del aislamiento. Además, el tamaño gigantesco de la tierra allana el camino para la descarga segura de la sobrecarga eléctrica.
En términos técnicos, la puesta a tierra eléctrica se puede definir como: el proceso de transferir la descarga inmediata de la energía eléctrica directamente a la tierra, con la ayuda de un cable de baja resistencia.
La conexión a tierra eléctrica se lleva a cabo conectando a tierra la parte que no transporta corriente del equipo, o la parte neutral del sistema de suministro.
Como se indicó anteriormente, la conexión a tierra proporciona una ruta simple para la corriente de fuga, es decir, la corriente que se escapa de un dispositivo si hay alguna falla en el aislamiento.
La corriente de cortocircuito (corriente que sigue el camino de menor resistencia) del equipo pasa a la tierra, que tiene un potencial cero, protegiendo así a el sistema y el equipo contra daños.
5 Razones para Instalar un Sistema de Puesta a Tierra
LA SEGURIDAD DE LAS PERSONAS
Un dispositivo correctamente conectado a tierra no desprende ninguna corriente. Esto evita que los humanos reciban una descarga eléctrica si se producen fallas internas en un dispositivo.
LA SEGURIDAD DEL EQUIPO ELÉCTRICO
La puesta a tierra proporciona estabilidad a los equipos eléctricos. Previene la sobrecorriente o el voltaje excesivo.
El sobrevoltaje puede hacer que el dispositivo se queme espontáneamente debido al sobrecalentamiento, por lo que técnicamente, la conexión a tierra también es una medida de prevención de incendios.
PROTECCIÓN CONTRA RAYOS
Es interesante observar que, además de los dispositivos eléctricos, grandes edificios o estructuras industriales también están conectados a tierra.
En el sistema de puesta a tierra se coloca un pararrayos en el punto más alto del edificio o estructura industrial a proteger, luego se conectan al suelo mediante un cable o placa conductora.
En el caso de que caiga un rayo, el pararrayos lo atraerá y transferirá esa cantidad masiva de energía al suelo, evitando así daños a la estructura o daños a sus ocupantes.
REDUCIR LAS INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÉTICAS (EMI)
Éstas se producen normalmente en entornos industriales, y pueden influir negativamente en las señales de instrumentación.
Los efectos de las interferencias pueden variar dependiendo del dispositivo del que se trate, desde desconexiones en las comunicaciones, hasta ralentización de las mismas, pasando por inestabilidad, cuelgues, pérdidas de datos, etc.
PREVENCIÓN DE DESCARGAS ELECTROESTÁTICAS
1 - En los líquidos inflamables y combustibles la generación de electricidad estática se da principalmente cuando se mueven en contacto con otros materiales, en procesos de flujo por conducciones y en operaciones de mezclado, vertido, bombeo, filtración o agitación.
La electricidad estática se puede acumular hasta en el propio líquido.
2 - En el flujo de gases el fenómeno se acrecienta cuando están contaminados con óxidos metálicos o partículas sólidas y líquidas.
Una corriente de gas en esas condiciones dirigida contra un objeto conductor cargará este último, excepto en el caso en que esté conectado a tierra o conectado equipotencialmente con la conducción de descarga.
3 - En operaciones de manutención y proceso con polvos y fibras, las descargas electrostáticas causantes de ignición han ocurrido entre un elemento conductor aislado y tierra.
4 - El peligro más destacable es el de incendio o explosión de atmósferas explosivas, que son las mezclas de aire con vapores, nieblas, gases o polvos combustibles.
Este peligro puede dar lugar a accidentes en las operaciones o procesos con esas materias, cuando la cantidad de cargas electrostáticas origina un potencial eléctrico elevado que puede dar lugar a la descarga electrostática.
La experiencia demuestra que, chispas insignificantes poseen energía suficiente para inflamar mezclas de vapores y gases inflamables con aire.
La puesta a tierra es una medida esencial y a menudo suficiente para eliminar las cargas electroestáticas.
¿Por qué es importante instalar "correctamente" el sistema de puesta a tierra?
Para comprender la relación entre la calidad de la conexión a tierra, y la efectividad de la protección contra sobretensiones, utilizaremos un símil hidráulico muy intuitivo.
Si equiparamos la energía de la sobrecarga eléctrica a un volumen específico de líquido, la conexión a tierra puede considerarse como un embudo.
Existe una relación directa entre el diámetro de la abertura del embudo y la calidad de la conexión a tierra.
Una vez que el embudo haya drenado todo el volumen de líquido, la descarga se habrá derivado a tierra y el equipo verá un voltaje completamente normal.
En el siguiente gráfico puedes observar lo que le sucede con una mala puesta a tierra (embudo a la izquierda - abertura pequeña) a diferencia de lo que le sucede con una buena puesta a tierra (embudo a la derecha - gran apertura) en caso de una sobretensión.
Podemos ver cómo una puesta a tierra con mayor resistencia (embudo a la izquierda) está saturada con la energía de la descarga (el embudo se desborda porque es incapaz de drenar lo suficientemente rápido).
Intuitivamente, esto prolonga el tiempo durante el cual el equipo a proteger está sujeto a los efectos de sobretensión y, por lo tanto, sufre más desgaste (el embudo tarda más en vaciarse debido a su abertura más pequeña).
Especialmente en sistemas en los que todo el equipo está referenciado a tierra, esto puede incluso hacer que la corriente de sobretensión incapaz de encontrar una mejor ruta de escape termine causando daños directos al equipo y haciendo que la protección sea ineficaz.
El embudo de la izquierda no puede disipar la energía correctamente y se desborda, lo que representa intuitivamente la situación de daños en el equipo.
Principales elementos de una instalación
Los sistemas de puesta a tierra son de gran importancia para garantizar la seguridad del personal, de los equipos, instalaciones y activos de las empresas.
A la hora de poner en marcha una instalación de puesta a tierra hay que tener en cuenta que se debe contar con varios elementos fundamentales como:
- Tomas de tierra
- Líneas principales de tierra
- Derivaciones de las líneas principales de tierra
- Conductores de protección
TOMAS A TIERRA
Están constituidas a su vez por tres elementos principales:
El electrodo que debe estar en buen contacto con el terreno. Existen diferentes tipos de electrodos, entre ellos están los electrodos de placa, de tubería, anillo de tierra y los más utilizados: las jabalinas o picas.
La línea de enlace con tierra formada por conductores que unen al electrodo (o conjunto de electrodos) con el punto de puesta a tierra.
El punto de puesta a tierra que está situado fuera del suelo y que sirve de unión entre la línea de enlace con tierra y la línea principal de tierra.
LÍNEAS PRINCIPALES DE TIERRA
Están formadas por conductores que partirán del punto de puesta a tierra y a las cuales estarán conectadas las derivaciones necesarias para la puesta a tierra de las masas, generalmente a través de los conductores de protección.
DERIVACIONES DE LAS LÍNEAS PRINCIPALES DE TIERRA
Están constituidas por conductores que unirán la línea principal de tierra con los conductores de protección, o directamente con las masas.
CONDUCTORES DE PROTECCIÓN
Sirven para unir eléctricamente las masas de una instalación a ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra los contactos indirectos.
Los Principales Dispositivos de Puesta a Tierra
JABALINAS DE PUESTA A TIERRA
La jabalina de puesta a tierra es un tipo de electrodo a través del cual se establece una conexión directa a tierra.
Constituyen el sistema más extendido de puestas a tierra debido a su fácil instalación.
Considerando que la introducción de estas se realiza por hincado, los valores de resistencia de puesta a tierra son obtenidos de forma inmediata.
Existen muchos tipos de jabalinas: simples, compuestas y químicas.
No debe subestimarse la selección de los componentes de puesta a tierra, ya que es muy importante hacerlo adecuadamente.
Hay varios puntos a tomar en cuenta en la selección de la jabalina, entre ellos están:
Cuando la temperatura está por encima del punto de congelación, la resistividad del suelo no se ve afectada. A 0°C el agua empieza a congelarse y la resistividad se incrementa drásticamente.
En cuanto a la humedad, la resistividad aumenta aceleradamente cuando la humedad baja del 15% del peso del suelo.
La utilización de productos mejoradores de la resistencia apropiados, hace posible obtener valores de resistencia menores, además de alargar la vida de las jabalinas manteniendo la humedad alta.
Entre las sustancias más utilizadas para mejorar la resistividad del suelo se encuentran las siguientes:
Instalar productos de bajo precio en un sistema de puesta a tierra, puede causar problemas en la operación de equipos o en la seguridad de las personas y de los equipos; sobre todo a largo plazo.
Se debe optar por productos certificados y de calidad indiscutible para la construcción de los cimientos del sistema eléctrico. Al igual que en una casa o edificio, unos cimientos débiles o inapropiados, pueden derrumbar toda la construcción.
BARRA EQUIPOTENCIAL
La barra BEP (Barra Equipotencial) es un accesorio que permite la conexión y derivaciones múltiples, en una red de puesta a tierra.
Cuando en una instalación de puesta a tierra, se requieren derivaciones, o conexiones múltiples a diferentes equipos, la barra BEP es la solución ideal.
La conexión equipotencial se utiliza para conectar eléctricamente, de forma intencionada, todas las superficies metálicas expuestas que no deban transportar corriente, como protección contra descargas eléctricas accidentales.
Puesta a Tierra Vehicular
La mayoría de las plantas de procesado químico, como también en la distribución minorista de petróleo y gas, tienen puntos de puesta a tierra designados a los que deben conectarse los camiones antes de transferir el producto; para de este modo evitar la peligrosa acumulación de carga electroestática que pueden causar chispas y explosiones.
Aparte de la toma a tierra (jabalina), existen otros dos accesorios que son imprescindibles para la puesta a tierra vehicular:
Pinza puesta a tierra
Las pinzas de puesta a tierra están fabricadas en acero inoxidable de gran durabilidad, y son muy resistentes incluso en las condiciones más desfavorables.
Están dotadas de cable espiral retráctil de acero trenzado, que ofrece una excelente resistencia mecánica y de recuperación, evitando así la presencia de cables por el suelo. El revestimiento de cable es muy resistente a las sustancias químicas y rozaduras.
Normalmente, el cable viene terminado en anilla para su instalación fija en el camión.
monitor puesta a tierra
El monitor de puesta a tierra se utiliza para la verificación de puesta a tierra cuando se realiza las operaciones de carga y descarga de gases o fluidos.
El monitor que es a prueba de explosión, dispone de luces de diferentes colores que indican la conexión de la tierra al camión, la espera, y el momento de inicio del servicio.
De esta forma se evitan situaciones peligrosas debidas a fallos o errores humanos.
vehículos cisternas
Las puestas a tierra también se utilizan para conectar, por ejemplo, vehículos cisternas que transportan productos inflamables y combustibles, para evitar la acumulación de carga electroestática que podría generar una chispa incendiaria mientras se realiza la carga y descarga.
¿Qué factores pueden afectar una instalación?
Para la efectividad de un sistema de puesta a tierra deben tenerse en cuenta varios elementos antes de realizar las instalaciones del sistema.
Tipo de suelo
El tipo de suelo es crucial para calcular la efectividad de la conexión a tierra. La resistencia de la Tierra, el nivel de humedad en el suelo, las sales en el suelo, etc. También jugarán un papel importante en la determinación de la forma en que se hace la puesta a tierra.
Composición del suelo
Otro factor importante es la composición del suelo. Por ejemplo, una puesta a tierra en suelo rocoso debe tratarse de manera muy diferente a una en suelo húmedo.
Ubicación Del Pozo de tierra
Además del suelo, la ubicación del pozo de tierra es importante para determinar cómo debe completarse la instalación. Si hay obstrucciones subterráneas en forma de lechos rocosos, afectarán las instalaciones.
Conclusiones
El sistema de puesta a tierra es una parte básica de cualquier instalación eléctrica.
Tan importante como una adecuada instalación, es la selección de los componentes de puesta a tierra.
Componentes de baja calidad pueden causar problemas en la operación de equipos, y en la seguridad de las personas y de los equipos; sobre todo a largo plazo.
Es importante realizar la instalación de puesta a tierra con personas calificadas, y con componentes certificados de acuerdo a las normas vigentes.
La puesta a tierra vehicular, durante la carga y descarga de camiones cisterna con productos inflamables y combustibles, es necesaria para evitar riesgos de incendio y explosión, causadas por la acumulación electroestática que generan chispas incendiarias.
