KINENERGY - Insights #Descarga Eléctrica

¿Cómo prevenir descargas eléctricas e incendios en instalaciones eléctricas?

Thu, 08 Jan 2026 19:22:55 -0600

Podemos entender una descarga eléctrica como una corriente eléctrica que pasa por un cuerpo o algún material externo. En este contexto, en México, la electricidad sigue siendo una de las causas más subestimadas de accidentes graves dentro del hogar. No porque falten normas, sino porque existe una brecha profunda entre lo que la regulación contempla, lo que el mercado ejecuta y lo que realmente ocurre dentro de las instalaciones eléctricas una vez que se habitan. Esta misma brecha ha sido analizada previamente desde una perspectiva más amplia en nuestro artículo “Principios de seguridad eléctrica para una operación confiable”, donde abordamos la seguridad eléctrica no solo como cumplimiento normativo, sino como un elemento esencial para proteger a las personas, los activos y la continuidad operativa. En este nuevo análisis, profundizamos específicamente en cómo esa brecha se manifiesta dentro de las viviendas y qué soluciones técnicas existen hoy para cerrarla.

De acuerdo con datos del Programa Casa Segura®, cada año alrededor de 11,000 personas sufren quemaduras en el país. Más de la mitad -52.7 %, cerca de 8,960 casos - ocurren en casa habitación, y del total de estos eventos, el 41 % tiene origen eléctrico. A esto se suman aproximadamente 560 decesos anuales por electrocución, de las cuales el 31.4 % sucede dentro del hogar. En términos prácticos, una persona perece cada 48 horas por un accidente eléctrico en su propia casa.

Estas cifras no responden a escenarios extremos ni a instalaciones improvisadas. La mayoría de estos eventos ocurren en viviendas que, al menos desde el punto de vista normativo, están “correctamente” instaladas. Y es ahí donde surge la verdadera pregunta: ¿por qué, aun cumpliendo la norma, el riesgo persiste? La respuesta está en el alcance real de las protecciones tradicionales…Los datos son, sin duda, fríos. Pero el objetivo de exponerlos no es alarmar, sino generar conciencia y, sobre todo, abrir la conversación sobre las soluciones que hoy existen.

Funcionamiento de un dispositivo GFCI

El GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter), también conocido como “IFCT”, es un dispositivo diseñado específicamente para proteger a las personas contra descargas eléctricas. Su principio de funcionamiento es simple, pero extremadamente efectivo.

El GFCI monitorea constantemente la corriente que fluye por el conductor de fase y la compara con la que regresa por el neutro. Si detecta una diferencia de apenas 4 a 6 miliamperes, interpreta que existe una fuga de corriente hacia tierra, posiblemente a través del cuerpo de una persona, y desconecta el suministro eléctrico en milisegundos. Este umbral no es arbitrario. Está directamente relacionado con la respuesta fisiológica del cuerpo humano ante el paso de corriente eléctrica. A niveles cercanos a 6 mA, la corriente suele percibirse únicamente como un cosquilleo. Sin embargo, cuando la corriente aumenta a partir de 20 mA, los músculos comienzan a contraerse involuntariamente, lo que puede impedir que la persona se libere del punto de contacto. Entre 30 y 80 mA, el riesgo para la salud se incrementa de forma significativa, ya que la corriente puede afectar el sistema respiratorio y, si atraviesa el pecho, comprometer el funcionamiento del corazón.

Por encima de estos valores, el riesgo deja de ser teórico y se convierte en una amenaza directa de lesiones graves, quemaduras y daño permanente. El GFCI actúa precisamente en el rango más bajo de ese espectro, cuando la corriente aún es lo suficientemente pequeña para no causar daños severos, pero lo suficientemente anormal para indicar una condición peligrosa.

¿Cómo funciona un dispositivo AFCI?

El AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter) no está diseñado para proteger directamente a las personas, sino para prevenir incendios originados por arcos eléctricos, uno de los riesgos más comunes y menos visibles dentro de una instalación eléctrica habitada.

Un arco eléctrico es una descarga sostenida que genera altas temperaturas, incluso cuando la corriente total del circuito es relativamente baja. A diferencia de un cortocircuito clásico, el arco puede mantenerse durante largos periodos sin provocar el disparo de un interruptor convencional. Este fenómeno suele originarse por:

Conexiones flojas en contactos o interruptores.
Conductores dañados parcialmente (por ejemplo, atravesados por tornillos).
Aislamiento degradado por envejecimiento o calor.
Falso contacto continuo en bornes o terminales.
Fallas humanas en la operación.
Polvo y suciedad.

Desde el punto de vista eléctrico, estas fallas pueden presentarse de dos formas principales:

Arco en serie, donde la corriente es baja debido a la alta impedancia del arco.
Arco en paralelo, entre línea y neutro o tierra, donde la corriente aumenta, pero no siempre lo suficiente para disparar un interruptor convencional.

El dispositivo AFCI está diseñado precisamente para identificar este tipo de fallas. A diferencia de los dispositivos de protección convencionales, no se limita a medir corriente y voltaje, sino que analiza la calidad de la onda eléctrica que circula por el circuito. Cuando aparece un arco, la forma de la onda se distorsiona: se generan picos, caídas abruptas y ruido eléctrico característico. Al reconocer estos patrones anómalos, el AFCI interrumpe el circuito antes de que el calor acumulado derive en ignición de materiales cercanos.

En términos prácticos, el interruptor AFCI detecta condiciones que pueden iniciar un incendio mucho antes de que existan llamas visibles, actuando en una etapa donde el daño aún es prevenible.

Curva de disparo de un interruptor termomagnético convencional

Las funciones de protección de un interruptor termomagnético (ITM) son dos:

Sobrecarga. En un ITM de 20 A, la operación puede mantenerse alrededor de 16 A durante largos periodos, incluso hasta 20 horas continuas, y disparar a corrientes cercanas a 140 A en aproximadamente 1 segundo. Esta característica permite que los equipos funcionen sin interrupciones durante condiciones normales de uso, pero también implica que corrientes anómalas moderadas puedan mantenerse durante lapsos prolongados.
Cortocircuito. El disparo inicia a partir de 160 A, con tiempos extremadamente cortos (hasta 0.002 segundos, dependiendo de la curva). Esta protección es altamente efectiva frente a fallas severas y abruptas, como un cortocircuito franco entre conductores.

El problema, sin embargo, no es la ausencia de protección, sino el alcance limitado de estas funciones frente a otros tipos de fallas. Las descargas eléctricas hacia las personas ocurren en el orden de miliamperes, un rango completamente fuera de la sensibilidad de un ITM. De forma similar, las fallas por falso contacto o arco eléctrico pueden mantenerse por debajo de la corriente nominal del interruptor durante largos periodos, generando calor progresivo sin provocar su disparo.

Desde la perspectiva del ITM, todas estas condiciones permanecen dentro de su zona de operación segura. Sin embargo, el riesgo es real y acumulativo: el calor aumenta, los materiales se degradan y la probabilidad de una descarga o un incendio crece con el tiempo, sin que el dispositivo convencional lo perciba.

Limitaciones de los interruptores termomagnéticos convencionales en la prevención de descargas eléctricas e incendios

Las funciones de protección de un interruptor termomagnético (ITM) convencional cubren los problemas principales de una instalación eléctrica; sin embargo, no abarcan la totalidad de los escenarios de riesgo que pueden presentarse durante su operación normal, entre ellos:

Descargas eléctricas hacia personas. Las fallas por contacto a tierra que involucran a las personas ocurren en el orden de miliamperes (mA), un nivel de corriente muy inferior al rango de operación de un ITM, por lo que no son detectadas por la protección convencional.
Fallas por falso contacto. Este tipo de fallas se presenta generalmente con corrientes menores a la corriente nominal del circuito. Aunque la corriente total sea baja, el falso contacto genera calentamiento localizado en conexiones y bornes, sin provocar el disparo del interruptor.
Exceso de carga cercano a la corriente nominal. Las corrientes iguales o muy cercanas a la corriente nominal, mantenidas durante periodos prolongados, provocan el desgaste progresivo del aislamiento y de las conexiones eléctricas, aun cuando el interruptor continúe operando normalmente.
Falta de mantenimiento en la instalación. La ausencia de mantenimiento incrementa la probabilidad de que se presenten los escenarios anteriores. Conexiones flojas, aislamiento envejecido y componentes deteriorados aumentan el riesgo de descargas eléctricas, sobrecalentamientos y fallas por arco eléctrico, sin que el ITM tenga la capacidad de detectarlos.

Todos estos problemas, no solo son provocados por una mala instalación o mal uso. También son parte del ciclo de una instalación eléctrica y es inevitable.

Soluciones disponibles en el mercado

Actualmente, los fabricantes de equipos eléctricos ofrecen soluciones específicas para atender los riesgos que no cubren las protecciones convencionales. Estas soluciones se han desarrollado y normalizado a ritmos distintos:

Protección GFCI (falla a tierra).

La tecnología GFCI se encuentra ampliamente permeada en el mercado. Actualmente está disponible tanto en contactos como en interruptores, con configuraciones que permiten:

Proteger circuitos completos y todo el cableado aguas abajo desde el tablero.
Proteger únicamente las tomas de corriente aguas abajo del dispositivo.

Esta solución es altamente comercial, de fácil acceso y disponible de forma generalizada.

Protección AFCI (falla de arco).

A diferencia del GFCI, la protección AFCI no es una solución nueva. El NEC la incorporó desde 2007, cuando aparecieron los primeros interruptores de falla de arco. Sin embargo, a pesar de llevar más de 20 años incluida en la normativa, su adopción en el mercado ha sido considerablemente menor.
Aunque el AFCI protege directamente contra incendios y quemaduras provocadas por fallas en la instalación, su implementación no ha alcanzado el mismo nivel de penetración que el GFCI.

Interruptores con funciones duales (AFCI + GFCI).

Derivado de un endurecimiento progresivo de las exigencias normativas, la solución más eficiente desde el punto de vista técnico es el uso de dispositivos duales, que integran:

Protección contra descargas eléctricas (GFCI).
Protección contra fallas de arco eléctrico (AFCI).
Estos dispositivos pueden implementarse tanto en contactos como en interruptores, ofreciendo una cobertura integral frente a los principales riesgos eléctricos.

La selección depende deltipo de instalación, uso del espacio y normativas aplicables, tanto para instalaciones residenciales como no residenciales. No existe una solución universal ya que se requiere un análisis por área.

Criterio de diseño y referencia normativa

Desde el punto de vista del diseño eléctrico, es indispensable trabajar con criterios alineados a la tendencia normativa más actual. En México, la referencia obligatoria es la NOM-001-SEDE-2012; sin embargo, esta norma deriva de versiones anteriores del NEC (National Electrical Code) y no siempre incorpora los criterios más recientes ni los aterriza de forma precisa.

Por esta razón, cuando la normativa nacional no establece con claridad un criterio técnico, es una práctica común y válida referirse directamente al NEC como marco de referencia. En la práctica profesional, el NEC 70-2023 marca la dirección hacia la cual se están moviendo las futuras actualizaciones normativas y permite anticipar requisitos que eventualmente serán obligatorios.

Comparativa básica de GFCI: NOM-001-SEDE-2012 vs NEC 70-2023

En el caso de la protección GFCI, la comparación entre la norma mexicana vigente y el NEC 2023 muestra un endurecimiento progresivo de los criterios de aplicación.

Desde 2012, la NOM ya establece como obligatorio el uso de GFCI en áreas como:

Baños.
Garajes.
Exteriores.
Sótanos.

Sin embargo, el NEC 2023 amplía y precisa estos criterios, incorporando escenarios que anteriormente no estaban claramente definidos o no eran obligatorios. Este endurecimiento normativo no responde a una sobrerregulación, sino a la necesidad de reducir el riesgo real de descargas eléctricas en condiciones de uso cotidiano, incluso en equipos que históricamente no se consideraban críticos.

Comparativa básica de AFCI entre NOM-SEDE-001-2012 vs NEC 70 2023

La comparación más relevante se presenta en el caso de la protección AFCI (falla de arco). En artículos específicos se establece su aplicación en áreas como:

Recámaras.
Salas de estar.
Cocinas.
Cuartos familiares.
Bibliotecas.
Closets.

No obstante, en la práctica, las Unidades de Verificación de Instalaciones Eléctricas (UVIE) no suelen exigir el cumplimiento estricto de estos artículos. Debido a que para la mayoría de las viviendas en México solo se requiere cumplir con la especificación de CFE para acometidas residenciales; misma que solamente abarca hasta el interruptor principal dejando a criterio del constructor todo el diseño eléctrico. La razón principal de la falta de aplicación de esta norma es que implicaría instalaciones más costosas, complejas y técnicamente exigentes, especialmente en el sector residencial.

En contraste, el NEC exige desde hace varios ciclos normativos la protección AFCI de forma rigurosa, principalmente debido a los métodos constructivos en Estados Unidos, donde las instalaciones eléctricas se alojan en estructuras de madera. En ese contexto, un arco eléctrico representa un riesgo inmediato de incendio estructural.

En México, al adaptar la norma, se trasladó el texto, pero no se redefinieron claramente las áreas ni los criterios de aplicación, lo que generó:

Ambigüedad sobre dónde aplicar AFCI.
Vacíos normativos interpretables.
Baja adopción en el mercado.

Como consecuencia, cuando el cliente puede omitir la protección para reducir costos, la seguridad suele quedar en segundo plano.

¿Dónde usar cada protección?

Más allá de lo que establece la norma, la correcta aplicación de GFCI y AFCI requiere análisis por área y por uso, considerando el riesgo real asociado al entorno.

La protección GFCI debe emplearse en áreas donde exista contacto directo con las personas y un riesgo elevado de descarga eléctrica, particularmente en presencia de agua o humedad. Esto incluye espacios exteriores, baños, áreas de lavado y zonas susceptibles de inundación. En estos entornos, la combinación de electricidad y humedad incrementa de forma significativa la probabilidad de una falla a tierra que pueda involucrar al cuerpo humano, por lo que la protección GFCI resulta indispensable.

Por su parte, la protección AFCI debe utilizarse en áreas donde un arco eléctrico, incluso de baja energía, pueda iniciar un incendio debido a la presencia de materiales combustibles. Este escenario es común en recámaras (donde existen textiles como sábanas y cortinas), en bibliotecas, en cocinas (donde hay grasas y líquidos inflamables), así como en comedores y áreas sociales. En estos espacios, un calentamiento localizado o una chispa mínima puede evolucionar rápidamente hacia un evento de mayor gravedad.

Si bien las normas tienden a listar un amplio número de áreas donde se recomienda o exige el uso de estas protecciones, el criterio técnico adecuado consiste en evaluar qué materiales rodean cada punto eléctrico y qué consecuencias tendría un arco eléctrico o un sobrecalentamiento localizado. Este análisis permite definir de manera precisa qué tipo de protección es necesaria en cada caso, más allá de una aplicación genérica de la normativa.

En KINENERGY acompañamos a desarrolladores, arquitectos, constructores y propietarios en el análisis, diseño y evaluación de instalaciones eléctricas, integrando criterios técnicos actualizados, referencias normativas internacionales y soluciones orientadas a la prevención real de riesgos eléctricos.

Si estás diseñando un proyecto, evaluando una instalación existente o buscando optimizar la seguridad eléctrica de un inmueble, una revisión técnica a tiempo puede marcar la diferenciaentre una instalación que solo cumple y una que verdaderamente protege.

Contáctanos aquípara una evaluación técnica especializada o asesoría en diseño eléctrico. Nuestro equipo puede ayudarte a tomar decisiones informadas, alineadas con la normativa actual y las mejores prácticas del sector: hola@kin.energy

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Ángel Rabadán

Ingeniero Eléctrico

Ángel cuenta con más de 2 años de experiencia en diseño eléctrico y 10 proyectos de ingeniería en México; destaca su participación en el proyecto Towers at the Park en Monterrey. Ángel cuenta con Licenciatura en Ingeniería Eléctrica - Electrónica por parte de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, actualmente cursa una especialidad en Instalaciones Eléctricas Industriales por el posgrado de ingeniería UNAM.

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¿Qué es un sistema de pararrayos?

Thu, 15 May 2025 14:15:41 -0600

Un sistema de pararrayos previene daños causados por descargas atmosféricas en estructuras, equipos y personas. Este sistema capta la energía del rayo y la dirige de manera segura hacia la tierra, evitando incendios, daños materiales y riesgos para la vida.

De acuerdo con el Servicio Meteorológico Nacional (SMN), en México se presentan alrededor de 12 millones de rayos que impactan tierra cada año, siendo los estados de Tabasco, Veracruz, Tamaulipas y la Península de Yucatán las zonas con mayor incidencia. Estas descargas eléctricas pueden liberar hasta mil millones de volts en una fracción de segundo, provocando:

Daños estructurales severos en edificaciones.

Incendios por ignición de materiales combustibles.

Fallas en sistemas eléctricos y electrónicos.

Riesgos directos para la vida humana y animal.

Interrupciones en operaciones industriales y servicios esenciales.

La Comisión Nacional de Mejora Regulatoria (CONAMER),indica quelas pérdidas materiales causadas por siniestros asociados a rayos en viviendas mexicanas ascienden a $1,141,885 millones de pesos. Estas cifras incluyen daños estructurales por incendios, destrucción de electrodomésticos, afectaciones a sistemas eléctricos y la necesidad de llevar a cabo reparaciones mayores.

En el sector comercial, las pérdidas reportadas son de $731,560 millones de pesos, donde destacan daños a equipos electrónicos, sistemas eléctricos y reparaciones importantes.

Las instalaciones industriales son, sin duda, las más expuestas y afectadas, donde una sola descarga atmosférica puede provocar pérdidas económicas superiores a $100 millones de pesos, considerando daños a equipos críticos, interrupciones de producción, incendios, fallas en maquinaria esencial y costos derivados de la reparación o el reemplazo de equipos.

¿Cuál es la función de un sistema de pararrayos?

La función de un sistema de pararrayos es interceptar el rayo y conducir de manera segura su energía hacia un sistema de puesta a tierra, evitando daños estructurales, incendios, pérdidas humanas y afectaciones operativas.

Los componentes de un sistema de pararrayos son:

Captadores o terminales aéreos: dispositivos encargados de interceptar la descarga (el pararrayos).
Conductores de bajada: cables que conducen la corriente del rayo hacia el sistema de puesta a tierra.
Sistema de puesta a tierra: elemento que permite la disipación segura de la corriente hacia la tierra.

Tipos de sistemas de pararrayos

1. Pararrayos de Punta Simple o Convencional. También conocidos como puntas Franklin, consisten en una varilla cónica conectada a dos conductores de bajada independientes. Su radio de protección es limitado (aproximadamente 30 metros) por lo que se utilizan principalmente en zonas pequeñas como chimeneas, depósitos de agua, torres de vigilancia o jardines.

2. Pararrayos de Tipo Malla. Utilizan conductores de malla instalados en los techos de las estructuras, cubriendo el perímetro y puntos altos con bajadas conectadas a sistemas de puesta a tierra. Se recomienda un tamaño de malla de entre 4 y 16 metros, dependiendo del nivel de protección requerido.

3. Pararrayos de Jaula de Faraday. Protegen el volumen completo de la estructura utilizando una red de conductores no solo en techos, sino también en paredes, creando un escudo electromagnético continuo desde las partes más altas hasta el sistema de tierra.

4. Pararrayos con Dispositivo de Cebado. Este sistema genera ondas iónicas artificiales que incrementan la posibilidad de atracción del rayo en un área específica, con radios de protección que van de 10 a 107 metros, aumentando significativamente el alcance frente a los sistemas convencionales.

¿Cuándo es necesario instalar un pararrayos?

La NOM-022-STPS vigente establece la obligación de instalar sistemas de protección contra descargas eléctricas atmosféricas en centros de trabajo clasificados como de riesgo de incendio alto, y que además debe ser evaluado y diseñado por personal especializado.

Para el diseño y la instalación del sistema se debe cumplir con:

NOM-001-SEDE vigente.

NMX-J-549-ANCE vigente

Un impacto de rayo en una estructura sin protección puede causar incendios, destruir instalaciones eléctricas, dañar sistemas de comunicación y equipos electrónicos, así como generar riesgos graves a la vida humana. Además, puede provocar la interrupción de operaciones por días o semanas, afectando la continuidad del negocio y generando pérdidas económicas importantes.

Proceso de selección de un pararrayo

Una vez que se ha llevado a cabo la valoración del riesgo, se procede a seleccionar el nivel de protección a utilizarse conforme a las necesidades detectadas y las características de la instalación.

El número y la ubicación de las terminales aéreas dependerán directamente del nivel de protección seleccionado, así como de la aplicación de métodos de diseño específicos establecidos en la normativa vigente.

Los principales métodos utilizados para determinar la correcta ubicación y cantidad de captadores son:

1. Esfera rodante: este método consiste en imaginar una esfera de radio específico que rueda alrededor de la estructura a proteger, identificando puntos críticos de intercepción de la descarga.

El proceso es el siguiente:

La esfera imaginaria debe rodarse desde el nivel del suelo hacia la estructura, detectando el primer punto de contacto, en el cual se instalará una terminal aérea pivote.
La altura de esta terminal debe ser suficiente para que la esfera, al apoyarse sobre ella y sobre el nivel de tierra, no toque la estructura.
Posteriormente, se continúa rodando la esfera por encima de la terminal aérea pivote y hacia el techo, instalando terminales aéreas de intercepción en todos los puntos donde la esfera toque la estructura.

Este procedimiento debe repetirse hasta cubrir la totalidad del volumen de la estructura y es ideal para instalaciones de gran altura, superficies irregulares o complejas, donde la esfera rodante asegura una cobertura tridimensional adecuada.

2. Ángulo de protección: en este método se traza una línea recta con un ángulo constante respecto al eje vertical de la terminal aérea. Las terminales deben ubicarse de manera que todas las partes de la estructura queden dentro de la zona de protección generada por esta proyección angular.

Este método es más utilizado en estructuras de geometría simple, donde es posible asegurar cobertura mediante el ángulo de protección calculado de acuerdo con el nivel de riesgo determinado en la valoración previa.

Relación costo-beneficio

Aunque el costo inicial de un sistema de pararrayos puede variar según el nivel de protección y la tecnología seleccionada, los beneficios superan ampliamente la inversión realizada. Evitar pérdidas humanas, daños estructurales, interrupciones operativas y altos gastos de reparación representa una ventaja estratégica que protege el presente y el futuro de cualquier proyecto.

Conclusión

La protección contra descargas atmosféricas debe considerarse como una medida estratégica y no como un lujo. Instalar un sistema de pararrayos adecuado garantiza la seguridad de las personas, la continuidad de las operaciones y la protección de los activos, minimizando riesgos y pérdidas.

En KINENERGY ayudamos a evaluar, diseñar sistemas de pararrayos a la medida de tus necesidades, conforme a las normativas vigentes y con la más alta tecnología. ¿Tienes algún proyecto? Déjanos tus datos.

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Horacio Martínez

Coordinador MEP

Ha ejecutado exitosamente proyectos complejos y establecido operaciones en la República Mexicana y América Latina, cumpliendo con normas locales e internacionales.

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¿Conoces los diferentes sistemas de puesta a tierra?

Thu, 13 Oct 2022 14:40:18 -0500

El sistema de puesta a tierra (SPT) es parte fundamental de cualquier instalación eléctrica. Una de las principales funciones que tiene este sistema es dirigir la corriente de falla y sobrecarga hacia tierra para salvaguardar la integridad física de los usuarios, además de proteger los equipos electrónicos y de cómputo (véase más en “Conoce los beneficios de un sistema de puesta en tierra”).

Podemos clasificar los sistemas de puesta a tierra en las siguientes categorías:

Sistemas para la protección personal.
Sistema de protección contra descargas atmosféricas.
Sistema a tierra para cómputo y equipo sensible.

Sistema de Puesta a Tierra para Protección Personal

El sistema de puesta a tierra es el conjunto de materiales y/o equipos mecánicamente conectados que forman una trayectoria efectiva de la corriente de falla a tierra. Esta trayectoria debe ser baja en impedancia y diseñada para transportar la corriente bajo condiciones de falla a tierra desde el punto de falla hasta la fuente de alimentación eléctrica y que facilite el funcionamiento del dispositivo de protección contra sobrecorriente.

El Art. 250 de la NOM-001-SEDE-2012 cubre los requisitos generales para la puesta a tierra y unión de instalaciones eléctricas, así como, los requisitos específicos de lo siguiente:

1. Sistemas, circuitos y equipos en los que se exige, se permite o no se permite que estén puestos a tierra.

2. El conductor del circuito que debe ser puesto a tierra en un SPT.

3. Ubicación de las conexiones de puesta a tierra.

4. Tipos y tamaños de conductores de unión y de puesta a tierra, así como de electrodos de puesta a tierra.

5. Métodos de puesta a tierra y unión.

Es de suma importancia tener claro el concepto de unión para este tema. La unión nos indica que se debe realizar una conexión confiable entre todas las partes metálicas de los equipos eléctricos que forman parte de la instalación, tales como: carcazas, cajas metálicas, tuberías metálicas, mallas, charolas, etc. Además, se debe atender los métodos de conexión entre estos equipos como el uso de conectores mecánicos, tipos de soldaduras o coples en algunos casos, esto para garantizar la continuidad eléctrica.

Se debe tener en cuenta las siguientes normas para el sistema de puesta a tierra:

NOM-001-SEDE-2012. Utilización.
NOM-022-STPS-2015. Electricidad estática en los Centros de Trabajo.
IEEE-STD-142. Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.

Sistemas de Protección Contra Descargas Atmosféricas

Como se mencionó en el artículo “Sistema de protección contra descargas atmosféricas”, un sistema de protección contra de descargas atmosféricas es un conjunto de elementos (metálicos y conductores eléctricos) utilizados para proteger un espacio contra el efecto de tormentas eléctricas y con ello reducir el riesgo y el daño que puede generar.

Para realizar un óptimo diseño de nuestro sistema de protección contra descargas atmosféricas debemos cubrir tres partes fundamentales:

1. Valoración del riesgo.

2. Diseño del Sistema Externo de Protección (SEPTE).

3. Diseño del Sistema Interno de Protección (SIPTE).

1. Valoración del riesgo

Es una medida empírica, la cual estima en forma razonable la probabilidad de incidencia de un rayo directo sobre una estructura tomando en cuenta la complejidad del fenómeno.

2. Sistema Externo de Protección contra Tormentas Eléctricas (SEPTE)

Los principales componentes de este sistema de protección son los siguientes:

1. Puntas aéreas o terminales aéreas.

2. Conductor de bajada.

3. Conjunto de electrodos para conexión a tierra.

Para diseñar este sistema el principal método de cálculo es el “Método de la esfera rodante” con el cual se determinará el número y ubicación de las terminales aéreas.

3. Sistema Interno de Protección Contra Tormentas Eléctricas (SIPTE)

Para este sistema se considera la unión equipotencial interna, descritas en la norma NMX-J-549-ANCE.

Sistemas a Tierra para Cómputo y Equipo Sensible

El aumento en el uso de dispositivos electrónicos en entornos industriales y comerciales demanda un diseño de instalación eléctrica que proporcione energía confiable a estos equipos, debemos tener en cuenta que estas instalaciones requieren de consideraciones especiales.

Los equipos de redes de comunicaciones y dispositivos electrónicos están sujetos a perturbaciones derivadas de diferenciales de voltaje que pueden causarles fallas y daños.

De la misma manera, estos equipos pueden generar específicamente armónicos que afecten negativamente a los componentes del sistema diseñados para corrientes de carga sinusoidales y crear una distorsión en la forma de onda y magnitud del voltaje.

Por lo tanto, un sistema de puesta a tierra para cómputo y equipo sirve para reducir las distorsiones en la forma y magnitud de la onda sinusoidal que pudiese afectar a cualquier equipo electrónico o de cómputo.

Tierra Asilada

Normalmente, se conoce a un sistema de tierra para cómputo y equipo sensible como “tierra aislada”, esto debido a que este sistema consta de un conductor de puesta a tierra de equipos con aislamiento color verde, esto para evitar contacto con superficies metálicas que puedan inducir cualquier tipo de disturbio a este conductor y afectar a los equipos sensibles.

Tierra Aislada en la NOM-001-SEDE-2012:

·Art. 250-146 (d) Contactos Aislados NOM-001-SEDE-2012.

·Art. 408-40 Excepción Puesta a Tierra de los tableros de Alumbrado y Control NOM-001-SEDE-2012.

Sistema Derivado Separado

Se refiere al sistema de alambrado de una propiedad cuya alimentación procede de una fuente de energía o equipo diferente a la alimentación del suministrador. Tales sistemas no tienen conexión eléctrica entre los conductores de un circuito de un sistema a los conductores de un circuito de otro sistema, exceptuando las conexiones a través de la tierra, de cubiertas de metal, de canalizaciones metálicas o conductores de puesta a tierra de equipo.

Conexión de Sistemas

Se debe considerar la unión entre sí de todos los electrodos de puesta a tierra separados, esto limitará las diferencias de potencial entre ellos y entre sus sistemas de alambrado.

Art. 250-50. Sistema de electrodos de puesta a tierra

Todos los electrodos de puesta a tierra que se describen en 250-52(a)(1) hasta (a)(7) que estén presentes en cada edificio o estructura alimentada se deben unir entre sí para formar el sistema de electrodos de puesta a tierra. Cuando no existe ninguno de estos electrodos de puesta a tierra, se debe instalar y usar uno o más de los electrodos de puesta a tierra en 250-52(a)(4) hasta (a)(8). En ningún caso, el valor de resistencia a tierra del sistema de electrodos de puesta a tierra puede ser mayor que 25 Ohms.

En KINENERGY contamos con el expertise para evaluar y corregir el rumbo de tus proyectos, asegurando que tu proyecto esté alineado a marcos de eficiencia y seguridad eléctrica ¿Quieres saber más? ¡Contáctanos!

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Antonio Andrade

Ingeniero Eléctrico de Diseño Jr.

Antonio cuenta con más de 4 años de experiencia en el desarrollo de proyectos ejecutivos y supervisión de obra en ingeniería eléctrica implementados en México; destaca su participación en el desarrollo del proyecto ejecutivo y supervisión de obra en la remodelación y actualización de la instalación eléctrica del Museo Internacional del Barroco, Puebla, México. Antonio está firmemente convencido de que la preparación y el continuo aprendizaje son herramientas fundamentales para lograr el éxito en cualquier proyecto.

Referencias:

https://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5280609&fecha=29/11/2012#gsc.tab=0

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Sistema de puesta a tierra. Un caso práctico

Thu, 07 Jul 2022 11:26:04 -0500

Un sistema de puesta a tierra (SPT) nos ayuda a garantizar la seguridad y protección de las personas y de nuestros equipos. Existen diversos proyectos en donde por la premura del tiempo se llegan a generar diseños de estos sistemas sin llevar a cabo un análisis de la resistividad del terreno en donde se va a implementar, además de que se dejan de lado las normas que existen para un adecuado diseño.

Actualmente, existen fórmulas que nos permiten diseñar de manera adecuada las configuraciones del SPT estimando el valor de la resistencia esperada.

¿Qué es un sistema de puesta a tierra?

Como se mencionó en el artículo “Conoce los beneficios de un sistema a puesta a tierra” un SPT es el conjunto de elementos como cables, varillas, barras, conectores soldables o mecánicos hechos de materiales conductores de electricidad (metales) que sirven como medio de salida para drenar a tierra las corrientes de falla que puedan originarse por una deficiencia, descuido o defecto en el sistema eléctrico garantizando así la continuidad del servicio.

Además, en caso de una descarga eléctrica crítica se asegura que ninguna persona cercana a las instalaciones, con conexión a tierra, quede expuesta al peligro.

¿Qué es la resistividad del terreno?

Para calcular y diseñar un sistema de puesta a tierra es fundamental que investiguemos la resistividad que tiene el terreno en la ubicación que deseamos, ya que este factor es el más importante dentro del fenómeno de conducción de la corriente en el terreno. No es recomendable estimar la resistividad basándose en la clasificación del terreno, porque solamente nos da una aproximación con lo que las mediciones de campo de la resistividad son imprescindibles.

La resistividad del terreno puede variar con la profundidad y con factores como: la composición de éste, la concentración de sales solubles, el contenido de humedad, la granulometría, la estratigrafía, el efecto de la compactación y el efecto de la temperatura¹.

La interpretación de las mediciones de la resistividad del terreno puede tener variaciones considerables, especialmente cuando encontramos terrenos con resistividades que no son uniformes. Hay muy pocos casos donde las resistividades del terreno son constantes con el aumento de la profundidad, esto debido a que generalmente, existen varias capas de tierra y cada una tiene una resistividad diferente.

La medición de resistividad del terreno representa la resistencia específica del suelo a cierta profundidad y se obtiene indirectamente al procesar un grupo de medidas de campo, su magnitud se expresa en (Ωm) o (Ωcm). Para medir la resistividad del suelo se requiere de un terrómetro, llamado en otros países telurómetro o Megger. Los aparatos de mayor uso de acuerdo a su principio de operación pueden ser de 2 tipos: de compensación de equilibrio en cero y el de lectura directa.

Los objetos enterrados como rieles y tuberías metálicas y que están situados en las proximidades del terreno pueden influir considerablemente en los resultados de las mediciones. Si sospechamos que existen estructuras metálicas enterradas en donde vamos a realizar las mediciones, para conocer la resistividad del terreno y sí conocemos la ubicación de éstas, podemos minimizar su influencia mediante la alineación de las picas auxiliares de prueba en una dirección perpendicular al enrutamiento de estas estructuras.

Algunos de los principales métodos para la medición de la resistividad del terreno son:

Método de tres puntos

En este método se realizan diversas mediciones de la resistencia de un sistema de puesta a tierra en correlación con el incremento de la profundidad de una varilla de tierra, además, se calcula la resistividad del terreno mediante una ecuación. El valor obtenido de la resistencia medida refleja la resistividad aparente para cada profundidad de la varilla².

Para áreas grandes, varias ubicaciones de las varillas pueden dar una indicación de cambios laterales significativos en la resistividad del terreno. Una desventaja de este método es que la varilla podrá vibrar a medida que se acciona, resultando un contacto pobre con el terreno a lo largo de su longitud. Este método proporciona información útil sobre la naturaleza del terreno (cinco a diez veces la longitud de la varilla).

Otro método empleado para medir la resistividad aparente de terrenos que tienen una gran área es el método de cuatro puntos o también conocido como método Wenner. En éste tenemos que instalar cuatro picas auxiliares en la tierra, todas a la profundidad “b” y deben estar espaciadas (en línea recta) a intervalos “a” (véase en la figura "Método de cuatro puntos: picas equidistantes). Posteriormente, debemos pasar una corriente de prueba “I” entre las dos picas exteriores y el potencial “V” entre las dos picas internas, se mide con un potenciómetro o voltímetro de alta impedancia. Entonces, la relación “V/I” (voltaje sobre corriente) da la resistencia “R” en ohms³.

Con este método podemos obtener los datos de resistividad del terreno para capas más profundas sin necesidad de conducir las picas de prueba a estas.

Generalmente, se pueden encontrar dos variantes de este método:

Igualmente Espaciado o Arreglo Wenner.
Espaciamiento desigual o Schlumberger.

Igualmente Espaciado o Arreglo Wenner

En esta variante, las picas están igualmente separadas como se muestra en la imagen. Siendo “a” la distancia entre dos picas adyacentes.

Espaciamiento desigual o Schlumberger

Con el método de Schlumberger se colocan más juntas las picas interiores y las picas exteriores se colocan más separadas. A diferencia del Arreglo de Wenner en donde todas las picas se mueven para calcular la resistividad del terreno a diferentes profundidades, en éste solamente se requiere que las picas externas sean reposicionadas para conseguir mediciones nuevas.

La disposición mostrada en el siguiente diagrama puede usarse para medir con éxito la resistividad del terreno cuando las picas de corriente están separadas por una gran distancia o para acelerar la prueba para múltiples localizaciones de la pica de corriente⁴.

Método de dos puntos

Aquí la resistencia a tierra del sistema se debe medir en serie con un electrodo auxiliar, este electrodo debe tener una resistencia despreciable en comparación con la resistencia de nuestro sistema de prueba. Entonces, el valor medido representa la resistencia a tierra del sistema de prueba.

A continuación, se muestran dos imágenes como ejemplos:

Método de caída de potencial

Para implementar este método debemos utilizar dos picas auxiliares (conocidas como pica de corriente y pica de potencial) las cuales se posicionan en una misma dirección. Debemos inyectar una corriente constante entre el electrodo o varilla de tierra (G) y una pica de corriente (CP), posteriormente se medirá la tensión entre G y una pica de potencial (PP). Usualmente, la pica de potencial es colocada en la misma dirección que la pica de corriente, pero podemos colocarla en la dirección opuesta.

Para minimizar las influencias interelectrodo debido a las resistencias mutuas, la pica de corriente se coloca a una distancia (D) que, por lo general, es al menos 5 veces la longitud de la varilla o 5 veces la diagonal máxima del sistema puesto a tierra bajo prueba. Con este método vemos la excitación de los electrodos mediante la corriente y los voltajes, siempre tomando medidas y distancias considerables para no tener afectaciones en la aplicación⁵.

Método Clamp-On

La medición de la resistencia de un sistema de puesta a tierra mediante este método se realiza por medio de una pinza (conocida como clamp) que se sujeta al cable de derivación, como se puede ver en la figura 1.5.5. El medidor de sujeción induce un voltaje con una frecuencia definida, por lo general, entre 1 kHz y 3.4 kHz en el sistema de puesta a tierra que incluye a la varilla bajo estudio.

El voltaje que se induce va a generar una corriente (“I” prueba) que va a fluir hacia el sistema de puesta a tierra, ésta es medida por la misma pinza, entonces, el equipo de medición muestra en formato digital la resistencia que se obtiene mediante la ley de ohm.

Para que se pueda obtener un resultado con alto grado de precisión, la impedancia del sistema de neutro multiaterrizado debe ser significativamente menor en comparación con la impedancia de la varilla, por lo tanto, se puede asumir que es cero la impedancia (Zeq=0). Es importante que nuestro circuito de prueba tenga una baja reactancia en comparación a la resistencia. Hay que recordar que la reactancia aumenta de forma significativa en respuesta a la frecuencia de la corriente de prueba, lo cual, puede distorsionar en gran medida nuestras lecturas⁶.

El método clamp-on también nos ayuda a medir la corriente de fuga que fluye a través del sistema. Este método puede ser utilizado en terrenos aislados en donde no hay ruta de retorno, además de que no se debe usar si existe una resistencia alternativa de menor resistencia que involucra el terreno, como ocurre con las torres celulares (véase en la siguiente figura)⁷.

Mediciones

Interpretar los valores medidos de las resistividades suele ser una de las partes más difíciles del análisis ya que la variación de la resistividad del terreno puede ser grande y compleja debido a la heterogeneidad de la misma⁸.

El modelo de terreno es sólo una aproximación de las condiciones reales de éste y es improbable una combinación perfecta. “Los modelos de resistividad del terreno que suelen utilizarse más son el modelo de terreno uniforme y el modelo de terreno de dos capas”⁹. En algunos casos, la variación en la resistividad del terreno puede presentar mínimos y máximos tales que un modelo equivalente de dos capas puede no producir un modelo preciso. “En estos casos podría ser necesario utilizar un modelo de terreno diferente, como puede ser un modelo multicapa a través del uso de programas informáticos”¹⁰.

En áreas con pobre conductividad tales como suelos rocosos, cimas de montaña y suelos arenosos se ocupa el Material para Mejora de Conexión a Tierra, Ground Enhancement Material, por sus siglas en inglés (GEM).

El GEM puede reducir dramáticamente los valores de resistencia e impedancia de la tierra, más aún, el GEM reduce el tamaño del sistema de conexión a tierra cuando los métodos convencionales no son satisfactorios. Una vez instalado el GEM no requiere mantenimiento ni cambios periódicos o la presencia de agua para mantener su conductividad. Se han realizado pruebas por parte de terceros a fin de verificar que el GEM cumpla con la norma IEC® 62561-7. Esta norma presenta un parámetro de desempeño eléctrico y corrosión de los materiales para mejorar la conexión a tierra.

Otro método para mejorar la resistividad del terreno son los electrolitos que contienen iones libres que actúan como conductores eléctricos. Es posible distinguir entre electrolitos en soluciones iónicas, electrolitos fundidos y electrolitos sólidos según la disposición de los iones. Los más frecuentes son los electrolitos que aparecen como soluciones de sales, bases o ácidos.

Tienden a ser una solución orgánica que mejora la ionización de las cargas eléctricas facilitando la conducción y disipación a tierra física. El uso del electrolito en sistemas de tierra física tiene la función de disminuir la resistencia sin tener que incrementar la cantidad de electrodos.

Debido a que generalmente se encuentran iones en una disolución los electrolitos también son conocidos como disoluciones iónicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos.

Caso Práctico

A continuación, te compartimos un caso práctico en donde el equipo de expertos de KINENERGY ocupo el STP para la eliminación de energía estática en una terraza de 4 metros, sobre nivel de piso, compuesta de estructura de acero inoxidable y placas de vidrio, tanto en piso y paredes. Se debe de mencionar que está expuesta a la intemperie teniendo contacto con el aire.

Como bien se sabe, la energía estática es aquella energía que no se mueve y tiende a causar una descarga eléctrica entre dos cuerpos, en pocas palabras, es la diferencia de potencial entre dos elementos. La carga eléctrica permanece en reposo, no se mueve, porque no puede circular ninguna corriente.

Es decir, un primer objeto tendrá una carga positiva (debido a la perdida de electrones) y un segundo objeto tendrá una carga negativa (debido a la ganancia de electrones). Si uno de los objetos cargados toca un conductor, como el metal, la carga se neutraliza y provocará un choque estático; es aquí en donde entra en aplicación la ley de cargas: cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen.

Hoy en día, el área de la construcción de interiores, exteriores, industrial y la arquitectura tienden a mantener una estética o diseño muy puntual a respetarse, sobre todo, para poder llevar a cabo la expresión del arquitecto o simplemente seguir las necesidades del cliente sin perder de vista la atracción visual y de diseño. En estas construcciones, algunas ocasiones, tienden a dejar de lado factores muy importantes que pueden ser causantes de accidentes dentro y fuera de un inmueble para sus usuarios.

Continuando con el caso práctico, una vez que se estuvo en sitio se comenzó a realizar un levantamiento técnico para poder identificar puntualmente el problema y así dar una solución acorde a la necesidad del cliente que era no perder la estética de su arquitectura.

Como primera instancia, se identificó que la estructura de la terraza estaba constituida por acero inoxidable teniendo como principal soporte vigas y columnas de acero estructural, paredes y piso constituidos por vidrio. Para poder llegar a esta terraza se tenía que tomar un ascensor con las mismas características de recubrimientos internos a excepción de mecanismos eléctricos y mecánicos.

Estando en contacto una persona con el piso de la terraza, a escaso metro de caminar sobre ella, dicha persona se cargaba con electricidad estática y al tener contacto con un barandal u algún otro punto donde existiera un medio de descarga, éste generaba un choque o calambre en la persona causando incomodidad, cabe mencionar que por comentarios del cliente la terraza no se podía ocupar por ningún motivo.

Como segunda instancia, se procedió a una inspección visual bajo la terraza para tener consideraciones estructurales, tipo de terreno, materiales que lo componían o que pudiesen ayudar en la implementación de una solución. Seguido de obtener esta información se comenzó a medir la resistividad del terreno con un Terrómetro (Telurómetro, Megger, etc.), esto con la finalidad de hacer un estudio que nos permitiera saber con qué valores de resistencia contaba el sitio.

Se inspeccionó el edificio para saber si tenía algún aterrizaje estructural puntual o existía un sistema de puesta a tierra cercano y destinado para este tipo de diseño o construcción; se descartó la existencia del sistema de puesta a tierra y se procedió a tomar mediciones de resistividad del terreno.

Una vez obtenidos los valores de las mediciones se comenzó a evaluar y seleccionar el tipo de material para hacer interconexiones puntuales en la estructura de la terraza sin perder o invadir su estética, haciendo una unión equipotencial y así poder eliminar dicho problema.

El material que se utilizó para la solución fue: perfil redondo de acero, accesorios mecánicos de acero, electrodos de acero, pletina de acero, registros de inspección, cinta petrolatum e intensificador. Ante la problemática de la electricidad estática se instaló un sistema de puesta a tierra que se determinó mediante cálculos y revisiones con normativas aplicables para estos casos, conformado por electrodos, conectores mecánicos, aplicación de cinta tipo petrolatum en conectores mecánicos, pletinas, intensificador y registros de inspección.

Con todo lo antes mencionado, se puede comprender que las modificaciones o el no visualizar impactos a futuro, por mantener una construcción desde el impacto visual y estético, puede tener problemas o afectaciones que perjudiquen operaciones diarias por parte del dueño o en su defecto el cliente.

Un claro ejemplo, es la utilización de un espacio destinado a esparcimiento al aire libre en donde las personas no podían estar en contacto o simple relación, aunado a esto, se tenía que restringir el uso de algunos objetos como globos, gases, combustibles, ya que partiendo de una pequeña chispa se podían ocasionar percances o daños mayores.

No necesariamente se deben tener requerimientos de eliminación de electricidad estática a objetos o construcciones en específico. Se debe analizar el requerimiento a ciertos elementos electrónicos que son sensibles a este tipo de energía, equipos que están diseñados bajo características o necesidades especiales.

También existen cuartos críticos que dependen de un aislamiento antiestático para poder garantizar su funcionalidad sin dejar de lado aspectos generales. En el caso de la industria, también pueden existir requerimientos de estática para sus procesos debido a que hay materiales que dependen de la electricidad estática o en su defecto necesitan eliminar este tipo de energía mediante humidificación, pulseras, trajes, etc.

Recuerda que un buen diseño de los Sistemas de Puesta a Tierra contribuyen a garantizar la seguridad de tu inmueble y de sus ocupantes. En KINENERGY tenemos expertos que pueden ayudarte a cumplir con los objetivos de tu proyecto ¡Contáctanos!

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Referencias

1–11. Freddy Mauricio Sinchi Sinchi. (2017). Diseño y Determinación de Sistemas Puesta a Tierra Mediante Pruebas de Campo con Elementos Comunes Utilizados en la región, Incluyendo GEM y Electrodo Químico. Cuenca, Ecuador: Universidad Politécnica Salesiana. https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/14487/5/UPS-CT007132.pdf

ANCE. (2005). NMX-J-549-ANCE-2005, SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA TORMENTAS ELÉCTRICAS - ESPECIFICACIONES, MATERIALES Y MÉTODOS DE MEDICIÓN. México, D.F: Asociación de Normalización y Certificación, A. C.

ERICO. (2018). Material de Refuerzo de Tierra. 30 de Mayo de 2022, de ERICO Sitio web: https://www.nvent.com/en-us/efs/efs-new-website

NOM. (2012). NOM-001-SEDE-2012, INSTALACIONES ELECTRICAS (UTILIZACION). Comité Consultivo Nacional de Normalización de Instalaciones Eléctricas y por la Dirección General de Distribución y Abastecimiento de Energía Eléctrica, y Recursos Nucleares de la Secretaría de Energía. México, D.F.: SENER

STPS. (2015). NOM-022-STPS-2015, Electricidad estática en los centros de trabajo-Condiciones de seguridad. México, D.F.: DOF.

Conoce los beneficios de un sistema de puesta a tierra

Tue, 01 Jun 2021 10:24:39 -0500

Todos reconocemos la importancia de contar con instalaciones eléctricas que nos suministren la energía necesaria en el hogar, en los comercios, en los centros de diversión o entretenimiento, hospitales y plantas productivas de cualquier tamaño.

No podemos pensar en un mundo sin electricidad, ya que prácticamente todo se mueve por medio de la fuerza eléctrica. El confort que nos proporcionan los diferentes aparatos y dispositivos, la seguridad de nuestra propiedad, la seguridad de las transacciones bancarias, las actividades en quirófanos y salas de recuperación, actividades productivas en las fábricas, en el comercio y los medios de comunicación, entre otros procesos, no podrían realizarse sin electricidad.

¿Pero ¿alguna vez te has preguntado cuáles son los riesgos que se pueden originar al estar rodeado de ella?

Al tener contacto directo o indirecto con la electricidad se puede ocasionar que la corriente fluya a través del cuerpo, lo cual resulta en una descarga eléctrica o quemadura. También se pueden provocar riesgos graves e incluso la muerte, así como, el deterioro de aparatos eléctricos, electrónicos, daños en mobiliario y estructuras. La electricidad se ha vuelto parte fundamental de nuestras vidas, pero sorprendentemente, en la mayoría de los casos no tomamos las precauciones debidas al hacer uso de ella.

Una forma de evitar riesgos en torno al sistema eléctrico es contar con un sistema de puesta a tierra.

¿Qué es un sistema de puesta a tierra?

El sistema de puesta a tierra es el conjunto de elementos como cables, varillas, barras, conectores soldables o mecánicos hechos de materiales conductores de electricidad (metales) que sirven como medio de salida para drenar a tierra las corrientes de falla que puedan originarse por una deficiencia, descuido o defecto en el sistema eléctrico. Las fallas más comunes son: cortos circuitos o descargas eléctricas.

¿Por qué es importante tener un sistema de puesta a tierra eficiente en nuestras instalaciones?

Contar con un sistema de este tipo beneficia directamente a la seguridad de las personas y propiedades, ya que sus funciones principales son:

Proteger a las personas contra descargas eléctricas.
Preservar la vida útil de los equipos y dispositivos eléctricos/electrónicos.
Limitar la tensión a tierra cuando ocurra un corto circuito de las partes metálicas expuestas que no transportan energía eléctrica.
Conducir en forma segura las corrientes de falla a tierra para la rápida operación de los dispositivos de protección.

Brindarle seguridad y confianza al cliente a través de la implementación de un sistema eficiente que rebasa sus necesidades y que además cumple con sus expectativas, con esto los usuarios y bienes inmuebles se encontrarán a salvo de daños ocasionados por corrientes indeseables y peligrosas que pudieran presentarse.

¿Cuántos tipos existen?

Existen dos tipos de sistemas que se pueden implementar: simples y complejos.

Los primeros consisten en un electrodo (varilla) aislado enterrado. Este sistema es el más utilizado y se puede encontrar en sitios residenciales. La varilla está hecha de acero y se puede recubrir con una capa de cobre; se consigue de modo comercial con una longitud de 3.05 metros y un diámetro de 16 milímetros. Por norma, esta varilla se debe enterrar en forma vertical a una profundidad de por lo menos 2.4 metros. También, por norma se acepta que la varilla vaya enterrada en forma horizontal, siempre y cuando sea en una zanja de mínimo 80 centímetros de profundidad.

Mientras que los sistemas complejos consisten en un conjunto de electrodos (varillas) interconectados, mallas, lazos o anillos conformados por materiales conductores de electricidad. Estos son instalados usualmente en subestaciones, oficinas, hospitales, hoteles y plantas de producción. Los sistemas complejos constan de una red de conductores enterrados a una profundidad que usualmente varía de 0.30 a 1 metro, colocados de manera paralela o perpendicular con un espaciamiento adecuado a la resistividad del terreno y preferentemente formando retículas cuadradas. Los lazos que forman la malla deben colocarse preferentemente a lo largo de las estructuras o equipos para facilitar la conexión de los mismos y el anillo que conforme el perímetro exterior debe ser continuo de manera que encierre toda el área que rodea la edificación.

¿Cómo se dimensiona?

Se deben tener de manera precisa los siguientes datos:

Tiempo de duración de la falla (ts).
Corriente de corto circuito.
Resistividad del terreno (p).
Resistividad superficial del sistema de tierras (ps).
Espesor de la capa superficial (hs).
Profundidad de la malla de tierra (h).
Área para ubicar el sistema de tierras.

Estos datos nos permiten obtener los valores máximos que pueden presenciarse en los potenciales de paso, contacto directo e indirecto tolerables en el cuerpo humano. Además, contar con dicha información permite el cumplimiento de normativas tales como la NOM-001-SEDE 2012 requiriendo una resistencia a tierra de 25 hasta 5 ohms y la IEEE Std 80-2000 requiriendo un valor de 5 a 1 ohm.

¿Cómo probar si cuento con un sistema de puesta a tierra confiable y eficiente?

Existen diversos métodos realizados por medio de instrumentos denominados telurómetros o también llamados terrometros en su presentación digital, análoga o de gancho (pinza), especializados en medir y validar que se cuenta con un sistema de tierra seguro con el objetivo de verificar que la resistencia se encuentre dentro de los parámetros requeridos por las normas aplicables.

Dentro de la experiencia de KINENERGY con sistemas de puesta a tierra, compartimos el ejemplo un proyecto llevado a cabo en el noroeste de la república mexicana, situado en Nuevo León.

En este proyecto el cliente buscaba establecer la administración y control de sus planos y documentos contemplando un sistema de cuatro etapas: diseño, calidad, validación y ejecución. Nuestra actividad principal era controlar la calidad de las instalaciones del proyecto.

Se llevó a cabo la revisión del desarrollo para el sistema de tierras tomando en cuenta estándares y manuales que describían los requerimientos y necesidades del cliente, así como las buenas prácticas y normativas locales aplicables.

Dentro de las revisiones, encontramos incidencias que afectaban al sistema, además de materiales que no estaban permitidos o aprobados para su implementación. Se debe de tener en cuenta que las etapas de diseño y ejecución se estaban llevando a cabo al mismo tiempo por lo que debíamos permanecer en recorridos constantes en sitio para supervisar y verificar que los materiales instalados fueran los validados.

En uno de estos recorridos se pudo observar que la colocación y asentamiento de las varillas pertenecientes al sistema de tierras estaban presentando daños, predisponiendo corrosión al ejercer una presión mayor para lograr la profundidad de tres metros que se había considerado en cálculos. Al observar esto, se solicitó llevar a cabo el análisis para generar un nuevo ajuste en la profundidad y permanecer en los valores de resistencia requeridos.

El análisis se llevó a cabo y se pudo evaluar que las propiedades físicas del terreno, así como su dureza, no permitían que las varillas llegaran a la profundidad de tres metros, por lo que se requirió realizar un nuevo arreglo de las varillas en forma perpendicular o generar una delta.

Mientras se realizaba la nueva propuesta actualizando variables y constantes para llegar a la resistividad requerida, se identificaron en obra diversos puntos en donde se estaban recortando las varillas dejando una longitud menor a un metro y tapando las excavaciones. Por lo tanto, el equipo de KINENERGY se encargó por medio del telurómetro de gancho de realizar las pruebas pertinentes al sistema y obtuvimos como resultado valores mayores a los permitidos.

Se realizó una junta para definir las posibles soluciones que permanecieran dentro de los lineamientos aplicables, obteniendo como resultado la ejecución de un sistema confiable y eficiente por medio de:

Anillo perimetral interconectado a la red central del sistema de tierras del parque industrial.
Anillo de cimentación para aterrizar las columnas que componen el exterior de la edificación.
Columnas centrales aterrizadas a la parrilla de cimentación que conforma la edificación.
Parrillas de cimentación unidas mediante conductores para formar una red equipotencial.
Barras de tierras para aterrizar todos los equipos compuestos de materiales conductores que se utilizarán en la edificación.

¿Qué es lo que logramos y queremos transmitir?

Cabe mencionar que no llevar a cabo el tipo de supervisión y validaciones presentadas en el ejemplo mencionado, puede significar el desarrollo de un proyecto resultante en una bomba de tiempo, cuyas ineficiencias e inexactitudes pueden decantar en graves daños a la integridad del edificio y la seguridad de sus ocupantes. En KINENERGY contamos con el expertise para evaluar y corregir el rumbo de tus proyectos, asegurando que se dan en marcos de eficiencia y seguridad. ¿Quieres saber más? ¡Platiquemos!

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Horacio Martínez

Ingeniero MEP Sr.

Ingeniero eléctrico, especialista en calidad de la energía. Experiencia profesional en diseño, planeación, supervisión y consultoría de instalaciones eléctricas en media y baja tensión para el sector residencial, comercial, industrial y hospitalario. Ejecutando exitosamente proyectos complejos y estableciendo operaciones en la República Mexicana y América Latina, cumpliendo con normas locales e internacionales.