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Resumen -- En el presente artículo se describen las

características más importantes para la correcta selección e instalación de las puestas a tierra tomando en cuenta criterios de corrosión tanto propias como en estructuras cercanas. Este artículo se concentra en tres (3) aspectos particulares: 1.- Se definen criterios tecno-económicos razonables para la selección del tipo de metal asociados a los electrodos de puesta a tierra y demás componentes del sistema de puesta a tierra. 2.- Se discute los problemas de corrosión galvánica que pudiera causar las puestas a tierra de cobre en otros metales cercanos. y 3. Se ilustran posibles interferencias que generan las puestas a tierra cuando un sistema de protección catódica es requerido en la misma área y se plantean soluciones para minimizarlas

Palabras Claves – Puesta a Tierra, Corrosión, Protección catódica.

I. INTRODUCCIÓN

l diseño de las puesta a tierra es un arte, pues no existen “recetas” para su implementación, no sólo porque las tierras son diferentes entre un lugar y otro, sino que las

consideraciones del sistema, características de operación, y requerimientos de los equipos nos obliga a prestar especial atención a las particularidades de cada diseño ó proyecto. Son muchas las consideraciones que se deben hacer para un correcto diseño del sistema de puesta a tierra y una adecuada instalación, en este sentido es común decidirse por prácticas de ingeniería que no involucran la alternativa más barata, en aras de minimizar la atención a todas las variables involucradas, el costo de mantenimiento y monitoreo posterior de las Puestas a Tierras. Pero los métodos de diseño y cálculo simplificados, pueden originar simultáneamente sobre-dimensionamiento de algunas áreas y el sub-dimensionamiento de otras, combinando como resultado altos costos de construcción y condiciones inseguras al personal [14]. Además las prácticas simplificadas han contribuido en la pérdida de información conceptual valiosa para el ingeniero que busca la mejor solución técnico-económica, entre ellas las consideraciones de corrosión las cuales afectan significativamente el diseño y la instalación.

Las consideraciones de corrosión son de vital importancia en el diseño de los sistemas de puesta a tierra, pues da garantía

Este trabajo ha sido financiado por la empresa inelectra a Petrotiger

Company, la cual me ha brindado todos los recursos requeridos necesarios para el desarrollo de ésta investigación.

G. Salloum trabaja en inelectra a Petrotiger Company, Ciudad de Panamá, Panamá. (e-mail: gustavo.salloum@inelectra.com).

de la operatividad del diseño, ya que los electrodos de puesta a tierra al estar inmersos en un medio electrolítico están sometidos a procesos corrosivos o a generar corrosión en estructuras metálicas cercanas, esto ha llevado al desarrollo de metodologías, materiales y técnicas de instalación para obtener el mejor diseño. Asimismo los conductores y accesorios del sistema de puesta a tierra juegan un papel importante, pues es requisito fundamental que el retorno de las corrientes por tierra se haga por la trayectoria más corta posible y ésta sea de baja impedancia, tan sólo una mala conexión entre terminales produce un aumento de la resistencia en el circuito de retorno a tierra, esta mala conexión pudiera ocasionarse debido a conectores con materiales disímiles que en presencia de humedad los corroe produciendo óxidos que aumenta la resistencia de contacto entre las conexiones.

El diseño del sistema de puesta a tierra no se debe analizar de manera aislada, de una u otra forma involucrará electrodos de puesta a tierra, los cuales son usualmente metales desnudos en contacto con tierra, dependiendo del tipo de material elegido cobre, bronce, acero etc… éstas pudieran someter a otros metales cercanos a procesos corrosivos que pudieran afectar la seguridad de las personas, continuidad del servicio que se presta, o involucraría altos daños económicos propios o a terceros. Es por ello que para plantas industriales con una red de tierras extensa es significativo considerar los efectos originados por un par galvánico en las diferentes áreas de la instalación.

En los sitios donde se requiera un sistema de protección catódica como mecanismo de control de la corrosión a las estructuras metálicas enterradas, debe existir una perfecta armonía con el sistema de puesta a tierra cercano, pues éste último debe ser considerado en el cálculo del sistema de protección catódica en aras de satisfacer la demanda de corriente requerida en un área particular, de lo contrario, al no considerarse se desviaría una parte significativa de la corriente de protección de las estructuras a las puestas a tierra, evitando así que se polaricen adecuadamente las estructuras a proteger, y aún peor la cercanía de los conductores de puesta a tierra de cobre a metales de potenciales naturales menores (más electronegativos) originaría un par galvánico que tendería a corroer a éste último.

El ingeniero de puesta a tierra debe prestar atención a todas las variables involucradas durante la ingeniería de diseño, asimismo, debe cerciorarse que se compren los materiales adecuados (los cuales deben estar especificados correctamente), y que los métodos de instalación sean óptimos. Cualquier pequeña desviación en la ingeniería,

Consideraciones de Corrosión en los Sistemas de Puesta a Tierra Gustavo A. Salloum S, Member IEEE

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procura ó construcción pudiera originar la inoperatividad de los sistemas de puesta a tierra y el sistema de protección catódica. Por ello en este artículo se discuten en detalle las consideraciones de corrosión a tomar durante el proceso de diseño y las mejores prácticas de instalación, de manera que sirva como guía al diseñador en las etapas de diseño e instalación. Las consideraciones de corrosión es un planteamiento que se ha sujeto a debate desde hace muchos años con la finalidad de incentivar una fuerte interrelación entre la IEEE “Institute of Electrical and Electronic Engineers” y NACE “National American Corrosion Institute” [1] ó plantear la necesidad de entendimiento y trabajo conjunto entre el ingeniero electricista y el ingeniero de corrosión [3] [7]

II. CONSIDERACIONES GENERALES DE CORROSIÓN EN LAS

PUESTAS A TIERRA

Para que un metal pueda experimentar corrosión deben existir cuatro condiciones básicas: 1.- Debe existir un ánodo y un cátodo. 2.- Debe haber una diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo 3.- Debe haber una conexión metálica entre el ánodo y el cátodo 4.- El ánodo y el cátodo deben estar sumergidos en un medio electrolito.

El lector familiarizado se dará cuenta que lo descrito con anterioridad forma un pila galvánica, parte de las consideraciones de protección de la corrosión consiste en eliminar por lo menos uno de los elementos descritos, es frecuente usado el uso de revestimientos como medio de aislar el metal del medio electrolítico o la implementación de un sistema de protección catódica. Resulta obvio que los metales destinados para servir como puesta a tierra no pueden ser aislados, pues ellos deben drenar corrientes a tierra o servir como potencial de referencia al sistema, por lo que la prevención de la corrosión en un electrodo pareciera estar dado en primera instancia con el empleo de un sistema de protección catódica.

Los conceptos de corrosión se explicarán en esta sección haciendo una analogía con los métodos de instalación y selección de un buen sistema de puesta a tierra, basados en el electrodo comúnmente utilizado, los electrodos tipo varilla o jabalina.

Tipo de metal a utilizar: Como se ve en la Tabla I, los iones de metales presentan un potencial natural con respecto al hidrógeno aquellos cuyo potencial resulta positivo (electropositivo) se dicen que son metales nobles, cuando dos metales diferentes (inclusive diferentes aleaciones del mismo metal) están en un medio electrolítico se genera un par galvánico que tiende a corroer aquel metal más electronegativo (Ánodo). Por ejemplo entre el cobre y el oro se genera una diferencia de potencial, aunque ambos son considerados metales nobles, el cobre siendo más electronegativo que el oro se comportara como un ánodo tendiéndose a corroerse. Entonces se pensaría en el uso del oro como material predilecto para las puestas a tierra ya que este no se corroería en frente de cualquier otro metal, pero la solución a emplear debe estar basado en un análisis técnico-

económico donde se observa que de los materiales más accesibles (Menos costoso) y más maleable es el cobre. Entonces se elije este metal para ser instalado bajo tierra (medio electrolítico).

TABLA I SERIE GALVÁNICA DE LOS METALES EN AGUA DE MAR

METAL ION FORMADO POTENCIAL (V)

Litio Li⁺ ‐2.96 Rubidio Rb⁺ -2.93 Potasio K⁺ -2.92 Estroncio Sr⁺⁺ -2.92 Bario Ba⁺⁺ -2.90 Calcio Ca⁺⁺ -2.87 Sodio Na⁺ -2.71 Magnesio Mg⁺⁺ -2.40 Aluminio Al⁺⁺⁺ -1.70 Berilio Be⁺⁺ -1.69 Manganeso Mn⁺⁺ -1.10 Zinc Zn⁺⁺ -0.76 Cromo Cr⁺⁺ -0.56 Hierro (Ferroso) Fe⁺⁺ -0.44 Cadmio Cd⁺⁺ -0.40 Indio In⁺⁺⁺ -0.34 Talio Tl⁺ -0.33 Cobalto Co⁺⁺ -0.28 Níquel Ni⁺⁺ -0.23 Estaño Sn⁺⁺ -0.14 Plomo Pb⁺⁺ -0.12 Hierro Fe⁺⁺⁺ -0.04 Hidrógeno H⁺ 0.00 Antimonio Sb⁺⁺⁺ +0.10 Bismuto Bi⁺⁺⁺ +0.23 Arsénico As⁺⁺⁺ +0.30 Cobre (Cúprico) Cu⁺⁺ +0.34 Cobre (Cuproso) Cu⁺ +0.47 Telurio Te⁺⁺⁺⁺ +0.56 Plata Ag⁺ +0.80 Mercurio Hg⁺⁺ +0.80 Paladio Pd⁺⁺ +0.82 Platino Pt⁺⁺⁺⁺ +0.86 Oro (Áurico) Au⁺⁺⁺ +1.36 Oro () Au⁺ +1.50

Pero el cobre es blando por naturaleza, y si se quiere no tan

barato como quisiéramos, es por ello que se emplea un metal más rígido y más barato que el cobre, el acero. En efecto el acero es considerado por muchos códigos y normativas como material para ser usado para las puestas a tierra, pero tenderá a corroerse en presencia de otros metales más electropositivos. El uso de varillas Copperweld, es una solución empleada desde hace muchos años ante tal disyuntiva. Una jabalina o varilla Copperweld, posee un alma de acero y esta es revestida en su totalidad con una película de cobre lo cual nos brinda una alta resistencia mecánica debido al acero y excelente rendimiento contra la corrosión gracias al cobre. El lector poco experimentado pensará ¿por qué no se corroe? , pues tenemos un ánodo (el acero), un cátodo (el cobre) un medio electrolítico (la tierra), un potencial natural entre ellos dos y una unión metálica. El alma del electrodo Copperweld no se corroe pues el ánodo (acero) no está en contacto con el medio electrolítico, solo el cobre lo está, en consecuencia no hay pérdidas de iones en el acero. Para que se corroa el cobre

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exterior, debe haber en las vecindades metales más nobles que lo cual es improbable en la mayoría de los suelos.

En consecuencia de lo anterior descrito vamos a usar para nuestro ejemplo varillas Copperweld, debemos tener presente, como buena práctica de instalación el de no rayar la película exterior de cobre de la varilla, ya que expondríamos al acero en contacto con el suelo provocando una corrosión acelerada del este debido a la presencia del cobre. Por lo que no es recomendable instalar las jabalinas en suelos duros con mandarria, ya que las piedras presentes en el suelo pudieran rayar la película de cobre o disminuir su espesor, así que resulta conveniente cavar un pozo ubicar la varilla y rellenar posteriormente, de manera de salvaguardar la integridad del electrodo.

Tipo de varilla Copperweld a utilizar: La longitud mínima de la varilla está bien descrita en la sección 250 de la norma NFPA 70 [19], la cual deberá ser de por lo menos 2.4 m. (8 pies). Las varillas de metales no ferrosos deben estar aprobadas y tener un diámetro no inferior a 13 mm de diámetro, y las demás de por lo menos 16 mm. Las tuberías deben tener un diámetro no inferior a 19 mm, y si son de hierro, deben tener una protección contra corrosión en su superficie.

Fig. 1. Corrosión en electrodo de Puesta a Tierra debido a zonas de diferente resistividad.

En función de los requisitos de la instalación se pudiera

usar varillas más profundas, inclusive de hasta 15 metros. Pero este hecho debe tener presente la posibilidad que la varilla atraviese por lo menos dos tipos diferentes de suelos en su recorrido. Debido a la diferencia entre estos dos electrolitos, la película de cobre de la barra Copperweld tendrá en su parte superior un potencial con respecto al primer suelo, y en su parte inferior otro potencial con respecto al suelo, estableciéndose entre sí una zona anódica (debido a suelos de baja resisitividad) en el mismo material y una zona catódica (debido a suelos de alta resisitividad), inmerso en electrolito y unido metálicamente pues ambas zonas forman parte de un mismo elemento, lo que produciría corrosión (Ver figura 1). Para continuar con el ejemplo se usará una jabalina (varilla) de 18 pies.

Método de Instalación a utilizar: El elaborar un pozo para ubicar la jabalina está dentro de las buenas prácticas de ingeniería no sólo por las razones anteriormente planteadas, sino que además al usarse un relleno de material uniforme (no corrosivo) que envuelva todo el electrodo disminuimos el efecto de par galvánico por presencia de diferentes suelos. El material de relleno debe ser de un ancho considerable, ya que existe la tendencia a que el material de relleno, si es muy disímil al medio que lo envuelve, tienda a combinarse con este último debido al paso del tiempo.

Fig. 2. Corrosión en electrodo de Puesta a Tierra debido a esfuerzos mecánicos de tracción y contracción [1].

Otro fenómeno a considerar, si se llegasen a instalar el

electrodo por medios de percusión, es que al penetrar el suelo la varilla se puede doblar si éste es muy duro ó rocoso, bajo ésta condición se originaría par galvánico en presencia de esfuerzos de tracción (zona anódica) y contracción del electrodo (zona catódica) (Ver figuras 2 y 3), es por ello que al usarse mecanismos de percusión para la instalación del electrodo se corre el riesgo de doblar la varilla formando zonas de tracción por lo que se está contribuyendo a disminuir su vida útil.

Fig. 3. Instalación deficiente de electrodo de puesta a tierra tipo varilla en suelo rocoso.

Otra consideración para este tipo de electrodo, es la

presencia de par galvánico por diferencia de oxigenación, las zonas con mayor presencia de oxigeno hace que el metal presente zonas catódicas con respecto a otras áreas del metal

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inmerso en suelos con poco oxigeno (zona anódica). Es por ello que se recomienda compactar el terreno ó usar dentro del material de relleno arcillas expansivas (Bentonita), a manera de garantizar la misma concentración de oxígeno a lo largo de toda la jabalina, y a su vez mejorando la resistencia de contacto del electrodo con respecto al suelo. Estudios de materiales usados como rellenos en las puestas a tierra [10], han demostrado que el comportamiento de la Bentonita, desde el punto de vista de corrosión, es mucho mejor que otros rellenos, el desgaste predicho para los conductores de cobre es menor a 0.1 mm.

TABLA II SERIE GALVÁNICA DE METALES CON RESPECTO A UN ELECTRODO DE COBRE-

SULFATO DE COBRE [1]

METAL

POTENCIAL NEGATIVO

CON RESPECTO

AL ELECTRODO DE Cu-CuSO4

(V) Magnesio 1.75

Magnesio (Aleación H-1) 1.55 Zinc 1.1

Aluminio (Alclad 3S) 1.01 Hierro Fundido 0.68

Acero al carbono 0.68 Acero Inoxidable tipo 430, 17% Cr (*) 0.64

Ni-Hierro fundido, 20% Ni 0.61 Acero Inoxidable tipo 304, 18% Cr, 8% Ni (*) 0.60 (Activo)

Acero Inoxidable tipo 430, 13% Cr 0.59 (Activo) Ni-Hierro fundido, 30% Ni 0.56

Ni-Hierro fundido, 20% Ni + Cu 0.53 Bronce laminado naval 0.47

Bronce Amarillo 0.43 Cobre 0.43

Bronce Rojo 0.4 Bronce, composición G 0.38

Bronce (Admiralty Brass) 0.36 90:10 Cu-Ni + 0.8% Fe 0.35

70:30 Cu-Ni + 0.06% Fe 0.34 70:30 Cu-Ni + 0.47% Fe 0.32

Acero Inoxidable tipo 430, 17% Cr (*) 0.29 Níquel 0.27

Acero Inoxidable tipo 316, 18% Cr, 12% Ni, 3% Mo (*) 0.25 Iconel 0.24

Acero Inoxidable tipo 410, 13% Cr (*) 0.22 (pasivo) Titanio Comercial 0.22

Plata 0.2 Titanio de alta pureza 0.17

Acero Inoxidable tipo 304, 18% Cr, 8% Ni (*) 0.15 Hastelloy C 0.15 (pasivo)

Monel 0.15 Acero Inoxidable tipo 316, 18% Cr, 12% Ni, 3% Mo (*) 0.12

(*) Los aceros inoxidables presentan potenciales erráticos dependiendo en

la incidencia del “Pitting” o de la corrosión. Los valores mostrados representan el comportamiento extremo observado, debido a su naturaleza errática, no se debe establecer una reacción de potencial invariable.

Una solución para el ejercicio planteado, sería el usar una

varilla Copperweld de 18 pies, instalado dentro de un pozo de 2 metros de diámetro, relleno de con tierra local uniforme, tamizada y cernida, mezclada con Bentonita.

Consideraciones generales: Como se puede apreciar del ejemplo anteriormente expuesto, a medida que uso jabalinas

más profundas corro el riesgo de incrementar el efecto de par galvánico por presencia de suelos disimiles, concentración de oxígeno y esfuerzos mecánicos. El uso de elementos de percusión para instalar varillas de profundidad se hace necesario por su bajo costo, lo que llevaría al empleo de varillas de diámetros estándar mayores para facilitar la rigidez mecánica pero exponiendo al electrodo a los efectos descritos con anterioridad.

Con lo anterior expuesto se pretende entender el fenómeno de la corrosión, ésta es inevitable, lo que se busca es disminuir la tasa de corrosión en lo posible. Como dato para el diseñador se comenta que aproximadamente las varillas de acero con un recubrimiento de cobre (Tipo Copperweld) de 10 milésimas dura un promedio de 35 años en un suelo promedio; si tiene un recubrimiento de 13 milésimas dura hasta 45 años. En cambio, una varilla de acero galvanizado tiene una vida estimada de 15 años. En consecuencia el sistema de puesta a tierra diseñado posee una vida útil definida y debe estar casado con un plan de monitoreo y de mantenimiento. En general todo sistema de puesta a tierra debe contar con un plan periódico de monitoreo, mantenimiento y posterior adecuación.

En la práctica de ingeniería de diseño no se debe usar la Tabla I para buscar los posibles pares galvánicos que se producirían en una instalación, más bien se debe usar la Tabla II [1], pues que la mayoría de los metales utilizados en construcción son aleaciones de elementos puros.

III. CONSIDERACIONES DE CORROSIÓN PARA LA SELECCIÓN DE

MATERIALES DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

En líneas generales el propósito de las puesta a tierra son la de garantizar la seguridad de las personas (ante los peligrosos de la electricidad), la integridad de los equipos y la continuidad del servicio. Estos propósitos son concebidos en este orden estricto siendo primordial la seguridad de las personas. Para ello las prácticas de instalación de las puestas a tierra siguen ciertos principios los cuales están perfectamente indicados en la literatura [19][20][21][22][23], específicamente en el artículo 250 de la NFPA 70 [19], en sus secciones 250.1 a las 250.4 nos indica que el retorno efectivo de las corrientes de falla a tierra se debe hacer por medio de una conexión Intencional, permanente (no seccionable), de baja impedancia y siguiendo la ruta más corta posible. De igual forma las normativas al respecto citadas en las referencias de este artículo, nos habla que se deben prever consideraciones para evitar la corrosión de los elementos del sistema.

Se identifican a continuación todos los elementos que conforman un sistema de puesta a tierra en concordancia con la normativa NFPA 70 [19] en su artículo 250.

Conductores para propósitos de puesta a tierra: a. Conductor del Electrodo de Puesta a

Tierra b. Conductor de Puesta a Tierra de Equipos c. Puentes de unión y Puente de unión

equipotencial principal Electrodos de Puesta a Tierra Conexiones y accesorios

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A. Conductores para propósitos de puesta a tierra:

Se deben tomar precauciones especiales, cuando los conductores sean de aluminio se debe tomar en cuenta que una de las más importantes propiedades del aluminio es que presenta una capa de oxido que se forma instantáneamente una vez que la superficie de éste es expuesta al aire [6]. Esta capa de óxido es de importante consideración para el uso que se le quiera dar al material, a saber:

Normalmente el promedio de la capa de óxido es de 50 Å, ésta se forma rápidamente durante la primera hora de fabricación. Éste revestimiento corrosivo brinda al aluminio de una buena resistencia a la corrosión en diferentes tipos de medioambiente.

La película de óxido se adhiere bien a la superficie del aluminio, pero es fácilmente removida mecánicamente.

El óxido de aluminio (Al2O3) es uno de los materiales más duros conocido, es cerámico por naturaleza y se fractura al aplicársele presión. Esta capa de óxido es un aislante eléctrico.

El óxido de aluminio es químicamente inerte y estable entre rango de PH entre 4.5 a 8.5, aunque se disuelve por los ácidos y la alcálisis, ya que es un material anfótero que puede reaccionar ya sea como un ácido o como una base.

Por lo anteriormente expuesto podemos resaltar que el aluminio no debe ser usado como electrodo, ya que se corroería en la mayoría de los suelos, teniendo presente también que los suelos presenta variaciones estacionales y un suelo neutro PH 7 y estable durante todo el año es difícil de encontrar. En un electrodo de aluminio instalado en suelos la capa de óxido se formaría constantemente consumiendo al material. Y los conductores de aluminio por la misma razón no deben de tener contacto con la tierra.

El aluminio se puede usar como conductores para el sistema de puesta a tierra teniendo en cuenta que la capa de óxido de aluminio es aislante, razón por la cual, las terminaciones del cable deben ser limpiadas y recubiertas, agregando grasa conductiva u otro medio que impida que la terminación tenga contacto con el aire y vuelva a formar la película de óxido. Además, está las consideraciones mecánicas asociadas a la dilatación del conductor y la presión que debe tener el terminal para que no se afloje. 1) Conductor del Electrodo de Puesta a Tierra:

Según se especifica en la sección 250.62 de la norma NFPA 70 éste conductor puede ser de cobre, aluminio ó aluminio recubierto de cobre. El material seleccionado deberá ser resistente a cualquier condición de corrosión. Para ello en la sección 260.64(A) se indica que cuando el conductor sea de aluminio o aluminio recubierto de cobre éstas no deberán terminar dentro de los 450 mm de la tierra y no debe estar en contacto directo con mampostería [19].

Cuando se usan conductores aislados (cable) la protección contra la corrosión que sufriría por estar en contacto con medio ambiente se elimina, pues impedimos que el metal entre en contacto con un medio electrolito. Y las consideraciones contra la corrosión se concentran en los terminales de conexiones.

Cuando se usan conductores desnudos de Cobre o Aluminio revestidos de Cobre, el metal se expone en contacto con el medio ambiente por lo que no es la opción recomendada en lugares cercanos a procesos en los que algún líquido o gas

corrosivo pudiera entrar en contacto con el conductor. Asimismo cuando se proteja ante daños mecánicos con tubería metálica de acero, acorde con 260.64 (B) [19], se debe evitar la concentración de humedad dentro del tubo ya que propiciaría la corrosión de la tubería, para ello es conveniente aplicar masilla selladora en el extremo de la tubería en el tablero principal.

Cuando se usan conductores desnudos de aluminio, al igual que en el conductor de cobre, se debe tomar en cuenta la presencia de ambiente corrosivo y el contacto con otros metales al ser instalados a la intemperie. Cuando el conductor de aluminio está dentro de una tubería metálica de acero, el par galvánico que pudiera surgir en presencia de humedad tiende a corroer al aluminio pues es el material más electronegativo que el acero. Bajo esta condición de instalación se recomienda usar conductor aislado.

Dada la importancia de éste conductor, por ser un conductor que brinda la referencia a los sistemas eléctricos puestos a tierra, los conductores de aluminio ó aluminio recubiertos de cobre deberán terminar antes de llegar al nivel de tierra, por lo menos a 450 mm, por lo que en este particular se le interconectaría con un tramo de conductor de cobre por medio de un conector del tipo permanente (pues este conductor no debe poseer empalmes atornillados), cuando la unión entre cables sea aluminio-cobre se deberá emplear un conector bimetálico. 2) Conductor de Puesta a Tierra de Equipos:

Este conductor puede ser desnudo o aislado, su función es ser un el camino de retorno de la corriente de falla a tierra que se pudieran originar en los cerramientos de los equipos y canalizaciones metálicas asociadas, es por esto que la canalización metálica puede usarse como conductor de puesta a tierra de equipos, siempre que se garantice su continuidad y se cumpla con los requisitos de la NFPA 70 [19] en su sección 250.118.

Cuando se usan cables éstos, deben instalarse en la misma canalización que los conductores activos que alimentan al equipo, es por ello que si la canalización es metálica, tendría los mismos inconvenientes descritos en el punto anterior.

Si se usa conductor de cobre desnudo en bandejas portacables de aluminio ó acero instaladas a la intemperie, se estaría propiciando un corrosión de las bandejas. Se ha observado este uso en sitios de telecomunicaciones, pero debemos considerar que en éstas aplicaciones, las bandejas portacables están instaladas dentro de una caseta con control de humedad.

El uso de un conductor de aluminio desnudo en bandejas portacables instaladas a la intemperie que no sean de aluminio, no es recomendado, pues si se llegan a instalar en bandejas de acero, se estaría propiciando una corrosión directa al conductor, y éste por razones de seguridad no debe de ser interrumpido bajo ninguna circunstancia..

Las canalizaciones están permitidas para usarse como conductor de puesta a tierra de equipos, pero debe garantizarse su continuidad eléctrica, es por ello que en los extremos de la canalización se realizan puentes de unión entre la canalización y el cerramiento del equipo. Cuando la canalización llega a un tablero con revestimiento contra la corrosión (pintado), además del puente de unión es práctica

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común raspar la pintura para obtener un contacto metálico entre la tubería y el tablero, cuando se emplee este método debemos recordar que alteramos la protección del tablero contra la corrosión razón por la cual debemos aplicar un revestimiento anticorrosivo no aislante (ejemplo: galvanizado), así mismo ésta técnica no es suficiente garantía por lo que se recomienda un “Bushing” para puesta a tierra que permita hacer un puente de unión entre la tubería y la barra de tierra del equipo.

Fig. 4. Puente unión entre tubos de canalización metálica a ser conectados a la barra de puesta a tierra de un tablero [19].

Cuando la canalización (de acero al carbono) termine en un

equipo a la intemperie de acero inoxidable, se va a propiciar una celda electroquímica en la interfaz propiciando la corrosión del acero al carbono. Por otro lado cuando la canalización sea de acero al carbono y el equipo este galvanizado, tendríamos otra celda galvánica en este caso debido al contacto acero-zinc.

3) Puentes de Unión y Puente de Unión Equipotencial Principal:

Los puentes de unión garantizan la equipotenciabilidad entre las estructuras y la continuidad de las canalizaciones metálicas, pueden ser aisladas o desnudas, de cobre o aluminio, y poseen consideraciones similares a las descritas en los puntos III.A.1 y III.A.2.

B. Electrodos de Puesta a Tierra:

La sección 250.52 de la NFPA-70 [19] nos habla de los diferentes tipos de electrodos de puesta a tierra permitidos en instalaciones residenciales, y en líneas generales nos habla de conductores de tuberías metálicas, conductores de cobre, cabillas de refuerzo del concreto, varillas de acero galvanizado, acero inoxidable, cobre o zinc. Nótese que el aluminio ni siquiera se menciona como material para el electrodo de puesta a tierra.

Asimismo en la norma IEEE-142 [20] en su capítulo 4 nos describe los diferentes tipos de electrodos y sus usos comunes, pero no se indica el tipo de metal a usar para una aplicación específica. En la IEEE-80 en la sección 11.2 describen el cobre, acero recubierto de cobre y el acero como conductores frecuentemente usados para el diseño de la malla de puesta a

tierra, en la sección 11.2.5 de la misma norma se nos da un alerta que las mallas de cobre o las de acero recubiertas de cobre pudieran ocasionar corrosión en estructuras de acero cercanas.

Los fabricantes de electrodos de puesta a tierra deben garantizar que la resistencia a la corrosión del electrodo, sea de mínimo 15 años contados a partir de la fecha de instalación. Para certificar este requisito se podrá utilizar el método de la inmersión en cámara salina durante 1000 horas o usando muestras de suelo preparadas en laboratorio, utilizando arena lavada, greda limpia u otro medio uniforme conocido en electrolitos de solución ácida débil en concentración, que permita simular los suelos más corrosivos donde se prevea instalar los electrodos de acuerdo con la norma ASTM G 162 o la norma ASTM G 1 1) Electrodos de Acero:

El acero es un buen conductor pero tiene una tasa de corrosión en la mayoría de los suelos es alta con respecto a la vida útil de la instalación. Tomando en cuenta que el sistema de puesta a tierra debe ser “interrumpible” la instalación de electrodos de acero llevaría a consideraciones adicionales para garantizar el correcto funcionamiento del sistema de puesta a tierra.

El uso de electrodos de acero casado con un plan de mantenimiento es una opción factible para electrodos de poca área de instalación y en suelos medianamente corrosivos, el plan de mantenimiento debe ser constante y periódico de manera que cuando se detecte una variación significativa del valor de la resistencia de Puesta a Tierra definida como umbral mínimo, se proceda a realizar el cambio de los electrodos, para esto es necesario instalar primero un electrodo provisional que cumpla con los requisitos del electrodo que se está cambiando. Es por ello que esta práctica es adecuada para electrodos de poco tamaño donde la instalación de varias jabalinas en paralelo como electrodos provisionales cumple con las características del electrodo a ser sustituido.

También se puede usar electrodos de acero con un sistema de protección catódica asociado, en este particular las consideraciones de mantenimiento están asociados al monitoreo del sistema de protección y catódica.

Ambas alternativas deben ser evaluadas en función de un análisis técnico-económico para verificar el ahorro obtenido en la instalación de un electrodo de acero más el mantenimiento asociado vs el electrodo tradicional de cobre.

Las tuberías de agua son aceptadas actualmente como electrodos de puesta a tierra [19] pero la American Water Works Association [8] está propugnando eliminar las tuberías de agua como electrodos principales, debido a que con el uso cada vez mayor de equipos electrónicos, la corriente de fuga a tierra es en parte corriente continua, lo que provoca corrosión galvánica en las tuberías [11]. 2) Electrodos de Acero Inoxidable:

Este tipo de metal no debe ser usado a discreción en todo tipo de suelos. El acero inoxidable cumple sus funciones como “inoxidable” (lo cual es un indicativo solamente de la velocidad de corrosión la cual es muy lenta) debido al porcentaje de cromo que lo compone, cuando el metal se oxida se forma una película de óxido de cromo en su

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superficie que protege contra la corrosión al acero, (protección por capa pasiva de óxido). Para que este proceso se origine es necesaria la presencia de oxígeno, en suelos donde la concentración de oxígeno es baja el efecto del cromo se ve minimizado par que finalmente el metal se comporte como un electrodo de acero estándar.

Muchas normas no hacen diferencia del tipo de acero inoxidable a usar, así como indicación de cuando se debería usar o por lo menos las consideraciones para su uso. En la literatura al respecto [1] se ha comprobado que el acero inoxidable 302/304 es susceptible a la corrosión en suelos mal aireados o con contenido de cloruros, mientras que el tipo 316 (recocido) es menos susceptible a la corrosión en la mayoría de los suelos, pero es más costoso. Los tipos 410, 409, 430, y 434 son susceptibles a la corrosión en casi todos los suelos. La aleación con 26% de cromo y 6.5 % de níquel posee buen comportamiento contra la corrosión en todo los suelos pero es muy caro. Muchas compañías ofrecen varillas de aleación del tipo 416 pero este sufre el mismo destino que el acero inoxidable tipo 409. Es por ello de la consideración del tipo de acero inoxidable a ser utilizado como electrodo de puesta a tierra debe tomarse con criterios en función de minimizar la corrosión a la que se verá afectada. 3) Electrodos de Acero Galvanizado ó estañado:

Este tipo de metal tiene un núcleo de acero al carbono con una capa de zinc ó de estaño como revestimiento conductor anticorrosivo en su exterior, éstos se comportan muy bien suelos, posee una vida útil inferior a la del cobre, pero mayor a la del acero al carbono.

Estos Recubrimientos se han utilizado para controlar la velocidad de corrosión. Inicialmente protege el metal subyacente (Acero). Pero Cuando la continuidad de la capa superficial se destruye, se observa que la velocidad de corrosión del metal base es normal o superior a la tasa normal dependiendo del tipo de recubrimiento y el metal subyacente. El Recubierto de zinc (galvanizado) para el acero es el más utilizado. Sin embargo, el revestimiento como único medio de protección no es muy eficaz. 4) Electrodos de Cobre:

Este tipo de metal es el más usado, aunque no sea el más barato, la razón de ello es que es un metal noble, por lo tanto catódico por naturaleza, donde su corrosión por par galvánico se debería a otros metales más nobles que él por ejemplo el oro ó el platino.

Se ha demostrado que el cobre presenta pobre resistencia de corrosión en suelos con presencia de amoníaco, componentes de amonio y cianidas, las cuales se encuentran en gran medida en los fertilizantes comerciales.

Presenta gran resistencia de corrosión en otros suelos, incluso para aplicación de baja frecuencia [4].

A pesar de su naturaleza, a lo largo de los años va perdiendo delgadas películas de metal disminuyendo el calibre efectivo de los conductores y por consiguiente su capacidad de soportar el nivel de cortocircuito requerido, razón por la cual las viejas subestaciones deben realizarse una adecuación de sus sistemas de tierras. Todos los metales procesados tienen a volver a su condición de mínima energía (estado natural) por ello se dice que la corrosión es inevitable, lo que se busca es disminuir su velocidad de corrosión, es por ello

que a pesar de usar cobre como electrodo éste debe estar sujeto a un plan de monitoreo y mantenimiento. Como calicatas de inspección para las jabalinas y conductores y/o mediciones periódicas de la resistencia de Puesta a Tierra. 5) Electrodos Embebidos en Concreto (Electrodos tipo UFER):

Estos electrodos son usados en sitios de alta resistividad, en gran medida como complemento a otros electrodos, gracias a las propiedades del concreto que conserva la humedad relativamente constante a lo largo del año, hace que este electrodo sea ideal para climas desérticos. Este electrodo no debe usarse en solitario para propósitos de descargas atmosféricas, debido a la posibilidad de rompimiento del concreto a la salida del rayo en el suelo.

La interconexión de este electrodo con otro electrodo de cobre pudiera propiciar en un par galvánico en detrimento del acero de refuerzo, originando grietas en las fundaciones y losas.

Pero el uso de este tipo de electrodo en solitario genera beneficios donde la presencia del cobre llevaría al ingeniero diseñador tomar medidas para la protección contra la corrosión de estructuras metálicas de acero enterradas.

Fig. 5. Esquema básico del refuerzo del concreto usado como electrodo de puesta a tierra.

6) Consideraciones Para los electrodos:

Aunque es aceptado que el cobre resiste bien la corrosión en condiciones normales de servicio, es útil recordar que solo los metales preciosos tales como el oro y el platino resisten la corrosión bajo cualquier circunstancia. Han ocurrido fallas ocasionales en el cobre cuando las condiciones del suelo han sido inusualmente agresivas y se ha ganado suficiente experiencia como para dar orientaciones sobre las condiciones del suelo que debe evitarse con el objeto de obtener para el cobre una vida de servicio plena. Debido al gran número de variables encontradas en servicio, los ensayos acelerados realizados en laboratorios han sido de uso limitado. Las pruebas de campo realizadas en condiciones de servicio rigurosamente monitoreadas, han probado lejos una mayor confiabilidad.

8

La Tabla III es condensada de la publicación “Underground Corrosión” National Bureau of Standards (USA) 450pp, Noviembre 1945 [12] y muestra los resultados obtenidos en ensayos de campo con períodos de exposición que van de cuatro a trece años. Se estudiaron los efectos de muchas variables sobre las tasas de corrosión de cuatro metales comúnmente usados en instalación de tuberías subterráneas. El rango de resultados fue amplio y mostró efectos diferentes en cada metal.

TABLA III TASA DE CORROSIÓN PROMEDIO, PULGADAS X 10-3 / Y DE DIVERSOS

METALES ANTE LAS CARACTERÍSTICAS DE SUELO Y CLIMA. [13]

La durabilidad del cobre fue muy evidente cuando se

comparó con acero o fierro fundido. Se realizó ensayos también con acero galvanizado (915 gr/m2) que había mostrado dar alguna extensión a la vida útil, pero es muy poco efectivo después de cinco años.

C. Conexiones y accesorios:

Los accesorios de los sistemas de puesta a tierra tales como tornillos, tuercas y arandelas así como conectores y empalmes a compresión, deben estar hechas de manera de minimizar el par galvánico ante la presencia de dos metales disímiles. Recordemos que dos diferentes tipos de acero producirían un par galvánico, lo cual en presencia de un medio electrolítico llevaría a la creación de puntos de corrosión (Ver Figura 6).

Los materiales y accesorios deben ser listado o aprobados para el uso que se les quiera brindar, ya que la corrosión en un mismo material se pudiera originar por esfuerzos de tracción o contracción a los largo del accesorio, es así que los conectores a compresión deben ser blandos para adecuarse a los requerimientos pero lo suficientemente rígidos para evitar fracturarse.

Los puntos corrosión en las uniones aumenta la resistencia de puesta a tierra del circuito, es así como logrando resistencias muy bajas con un tipo especifico de electrodo

perdemos éste esfuerzo solamente con una mala conexión ó mal uso de los accesorios de conexión.

Para los conectores a ser instalados bajo tierra, es usual el uso de soldaduras aluminotécnicas, pues la otra opción son conectores aprobados y listados para el uso bajo tierra, el uso de cualquier otro conector aprobado para puesta a tierra pero no para su uso “bajo tierra” llevaría al conector a corrosión significativa, lo cual nos daría una resistencia apreciable, incluso de hasta 20 Ώ [13] (Ver figura 7), ó aflojando la conexión por pérdida de material producto de la corrosión.

Fig 6. (a) Conexión adecuada a tablero. (b) Conexión sujeta a corrosión debido a la presencia de metales disímiles

. Fig 7. Jabalina Copperweld Corroída, debido a una mala aplicación de la conexión exotérmica.

D. Análisis Técnico Económico del Uso de Electrodos de Acero vs Electrodos Convencionales de Cobre y Tipo Copperweld.

El uso de electrodos de acero ha sido ampliamente utilizado en todo el mundo, debido a requerimientos de diseño o a requerimientos económicos. Su uso ha sido satisfactorio pero

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el éxito que ha tenido en ciertas aplicaciones no se puede extrapolar a todo tipo de suelos.

Los suelos con baja resistividad son muy buenos para propósitos de puesta a tierra pero son altamente corrosivos, según referencias de la API RP 651 [24]. Se observa de la Tabla IV, que para suelos de resistividades mayores a los 100 ohm-m la corrosión tiende a ser menor, por lo que bajo esta circunstancia pudiéramos usar electrodos de acero sin necesidad de un sistema de protección catódica asociado, aunque en la medida de lo posible se recomienda el empleo del sistema de protección para evitar corrosión localizada ante nichos de terreno de baja resistividad, pues recordemos que el valor de resistividad aparente considera la modelación de un suelo de una o más capas homogéneas, lo que en realidad sucede muy poco.

TABLA IV GRADO DE CORROSIVIDAD PARA

DIFERENTES RESISTIVIDADES DE SUELOS [24].

Resistividad del medio Ώ-cm Corrosividad Menos de 500 Muy Corrosivo Entre 500 y 1.000 Corrosivo Entre 1.000 y 2.000 Moderadamente Corrosivo Entre 2.000 y 10.000 Ligeramente Corrosivo Mayores a 10.000 Progresivamente menos Corrosivo

Nelson & Holm diseñaron en 1985 una malla de puesta a

tierra de acero para una subestación con excelentes resultados [2] los requerimientos para este diseño más que económicos fueron técnicos, se requería una malla de acero para la subestación de una empresa de compresión de gas natural, la presencia de una malla extensa de cobre pudiera generar conflictos de interferencia con el sistema de protección catódica de la planta así como propiciar celdas de corrosión en las tuberías enterradas de gas. Para este diseño se descartó proteger la malla de acero por medio de un sistema de corriente impresa debido a los gradientes de potenciales que se originarían ante una condición de falla, pudiendo dañar al rectificador, así que se empleó un sistema de protección catódica por ánodos de sacrificio. En el artículo los autores [2] resaltan la importancia del mantenimiento del sistema y el monitoreo de los potenciales de la instalación.

A necesidad de un monitoreo de las puestas a tierra se hace latente una vez conocido las diversas formas de ataque de corrosión en diferentes

Se plantea una evaluación tecno-económica, para una malla de puesta a tierra de una subestación considerando el uso de tres (3) diferentes tipos de conductores: cobre, Copperweld y Acero. Para un nivel cortocircuito de 3180 Amp (lado AT) y 6814 (lado BT), un tiempo de despeje de falla de 0.5 seg, 0.2 m. de piedra picada de resistividad de 2500 Ώ-m. Para diversos valores de resistividad se realiza el diseño de la malla de puesta a tierra para tres tipos diferentes de conductores y se calcula el costo asociado. La malla de acero considera un sistema de protección catódica por ánodos de magnesio, fueron considerados los costos asociados a la instalación y mantenimiento del sistema de protección catódica para 20 años de vida útil.

Para el cálculo del costo de las mallas planteadas se usó las siguientes referencias de precios (Noviembre 2010), el costo

del conductor de cobre 7.20 $/kg; el costo del conductor de Acero 0.66 $/kg y el costo del conductor Copperweld de 1.4 $/kg. Asimismo fueron considerados jabalinas de acero para el caso de la malla del mismo material y jabalinas tipo Copperweld para los otros dos casos.

Es conveniente pensar que el costo “ventajoso” de una malla de acero vs una de Cobre se ve condicionado al costo del sistema de protección catódica asociado, en consecuencia es razonable pensar que los suelos al ser de una alta resistividad requerirán más ánodos de protección para vencer la resistencia del terreno, encareciendo el sistema. La figura 8 muestra el costo relativo de mallas de puesta a tierra de conductores de Cobre, Acero y Copperweld en función de la resistividad del terreno.

Fig 8. Costo relativo de mallas de puesta a tierra de conductores de Cobre, Acero y Copperweld en función de la resistividad del terreno.

Como se observa en la figura 8 el costo de la malla del

conductor de acero se hace superior al Copperweld debido a la consideración de instalación y mantenimiento de un sistema de protección catódica por ánodos galvánicos. Una vez pasado el umbral de los 100 Ώ-m se plantea el hecho de no instalar un sistema de control de la corrosión ya que bajo esta circunstancia los suelos son poco corrosivos. La figura 8 considera el costo asociado implementando la utilización de ánodos galvánicos en todos los casos analizados. Se detectó que una vez sobrepasado los 100 Ώ-m (ver tabla IV) se vuelve impráctico la utilización del sistema de protección catódica por la considerable cantidad de ánodos a instalar, en consecuencia en un análisis simple con el anterior planteado se incurriría en un error. Para casos donde la resistividad del terreno es alta el mecanismo de control de la corrosión del acero estaría basado en revestimiento conductivo, como zinc o estaño, siempre y cuando se detecte ventajas económicas respecto al cobre.

En el estudio se calculó el calibre requerido de cada uno de los conductores ante el nivel de cortocircuito, ya que son conductores de materiales diferentes y por ende de conductividades diferentes. Es obvio que el calibre del conductor de cobre resultó ser inferior al requerido de acero ó el de Copperweld. Esta gráfica nos indica la relación lineal entre la resistividad de los suelos y el costo de la malla. Los costos reflejados son comparativos, pues lo que se quería observar es la variación del costo entre cada conductor, se

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excluyeron del costo total de las mallas aquellos que se consideró representan gastos comunes, como las asociadas a la excavación y relleno de de la trinchera, conexiones entre cables, conexiones a los equipos, manguitos de protección, piedra picada etc.

Para este estudio se tomó una consideración, adicional a la capacidad de cortocircuito, para el cálculo del calibre de los conductores de acero, la cual está asociada a la pérdida de material para 20 años de operación de la malla. Esta consideración está basada en la recomendaciones para el diseño de mallas de acero de J. Nelson & Co. [15] la cual está basada en una relación matemática obtenida de los datos de la National Bureau of Standards [12]. Esta data es producto de experimentación en 44 tipos diferentes de suelos sobre un período de dos años. Se usaron para estas pruebas muestras de acero de 1.5 pulgadas y 3 pulgadas de diámetro. Las muestras de 3 pulgadas se corroyeron 13% más que las muestras de 1.5 pulgadas, con un error de ±10%, se plantea la velocidad de corrosión como una función de las variables más significativas de la corrosión en suelos para el acero [17], a saber:

(1)

Donde;

Y = Velocidad de Corrosión (mils/yr) X1 = Resistividad (ohm-cm) X2 = Valor de pH X3 =Humedad (%) X4 = Aireación (%) Usando un análisis de regresión múltiple, se obtiene la

siguiente ecuación:

(2)

Esta ecuación es obtenida de datos experimentales, y está limitada a condiciones extremas de corrosión, como una alta resistividad (>10.000 Ω-cm), o condiciones de poca aireación (< 3%), bajo estas condiciones la velocidad de corrosión tiende a cero. Esta ecuación es aplicable a todas las barras de acero de hasta 3 pulgadas y aplicable para los primeros 12 años. También se demuestra que la velocidad de corrosión media se reduce a la mitad los siguientes 12 años y luego resulta insignificante. [15]. Los valores utilizados para la mallas de acero representado en la figura 8 fueron, PH 7 (neutro), humedad 30% y aireación 15%.

Las consideraciones de pérdidas de material no son suficientes para garantizar un desempeño óptimo de la malla de acero, se requiere de un sistema de protección catódica para establecer una solución satisfactoria. [9] [15]

La solución técnica está planteada, las consideraciones económicas dependerá en gran medida de la relación del costo del conductor de cobre del país donde se instalará la malla vs la instalación y mantenimiento de un sistema de protección catódica. Di Cecco [17] realizó un análisis técnico económico en 1989 con las consideraciones de costos de la época para Venezuela, el caso analizado arrojó que no se tenía ventaja económica de instalar mallas de puesta a tierra de acero en vez de las de cobre, muy al contrario resultó ser más costosa

debido al empleo de un sistema de protección catódica y el consecuente programa de inspección y mantenimiento, concluyendo que la conveniencia económica depende de las condiciones particulares de cada sistema.

Zhen & Cia. Afirma que en China los electrodos de puesta a tierra son de acero, y específicamente en la subestaciones las mallas de puesta a tierra son de acero ó de acero galvanizado [18], como se ha dicho con anterioridad el problema de corrosión puede llegar a ser serio, es por ello que Zhen analizó144 subestaciones de las cuales encontró que en 61 se habían erosionado en varios grados, el problema de monitoreo se hace evidente y para solventar el problema plantea un sistema diagnostico de detección de la corrosión [18].

IV. CONSIDERACIONES DE CORROSIÓN A ESTRUCTURAS

CERCANAS

Los materiales usados para las puestas a tierras tienden a generar par galvánico con las estructuras metálicas enterradas a su alrededor. Como se ha dicho con anterioridad uno de los metales más usados como electrodo de puesta a tierra es el cobre, éste al ser un material más noble propicia la corrosión de los demás metales enterrados como tuberías ó estructuras metálicas en general en contacto del suelo.

El uso de otros metales diferente al cobre y más compatibles con las estructuras a proteger, no garantiza que no se produzca par galvánica pero si minimizaría la tasa de corrosión (velocidad de corrosión) que se pudiera presentar.

Tratando de cumplir con los requerimientos de la NFPA, es común encontrar una unión entre electrodos de cobre (Varillas Copperweld, conductores trenzados, etc) y electrodos de acero (tuberías de agua, cabillas del refuerzo de concreto), ésta unión nos da la receta para una pila galvánica donde los electrodos experimentarían una tasa de corrosión que disminuiría su vida útil.

V. CONSIDERACIONES DE CORROSIÓN ANTE LA PRESENCIA DE

UN SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA (INTERFERENCIAS).

Cuando se tiene un sistema de protección catódica operando en un área determinada donde además se tiene un sistema de puesta a tierra instalado, parte de la corriente de protección es desviada por el sistema de puesta a tierra ocasionando que el elemento al que se desea proteger contra la corrosión presente zonas de poco potencial. Estas zonas pudieran no estar dentro del margen de protección y presentar una corrosión localizada.

Para solventar esta situación el sistema de protección catódica debe operar suministrando una corriente de protección al sistema de puesta a tierra local. Un diseño tradicional del sistema de Protección Catódica para suelos promedios considera una densidad de corriente entre 15 a 30 mA/m2, al diseño se le deben de sumar los requerimientos de la sección expuesta de cobre (si la PAT es de cobre) usualmente de 80 mA/m2, es así como los requerimientos de corrientes del sistema de protección catódica es definido operando con un sistema que drene corriente tanto a la estructura a proteger de manera satisfactoria como a las PAT cercanas.

Ahora bien, si se tiene un sistema de protección catódica que debe considerarse en su diseño los requerimientos de

11

corriente del sistema de puesta a tierra, no es razonable pensar que ¿La solución optima es la de instalar puesta a tierra de acero?, ya que la PAT estaría protegida contra la corrosión debido al sistema de protección catódica común a todas las estructuras, la demanda de corriente seria menor que si fuesen de cobre o acero-revestidas de cobre abaratando el costo del sistema de protección catódica así como el del sistema de puesta a tierra.

Este tipo de solución es idónea para plantas petroleras, pues en los patios de tanques de almacenamiento, es frecuente encontrar que los mismos posee un sistema de protección catódica por corriente impresa para el fondo de tanque del lado suelo, así como es frecuente el empleo de electrodos de cobre para colocar a tierra los tanques de manera de drenar la corriente debido a impactos de rayos. El empleo en sustitución de electrodos de acero bajo las razones expuestas anteriormente es ideal para ésta aplicación. Asimismo el área de procesos de de una planta petrolera, frecuentemente lleva tuberías metálicas enterradas que requieren una protección catódica en toda el área que recorren. En líneas general donde se aplique un sistema de protección catódica con presencia de electrodos de puesta a tierra, la solución más barata y la que origina menos problemas de interferencia es el empleo electrodos de acero mucho más baratos que la del cobre.

VI. CONCLUSIONES

El uso de los electrodos de puesta a tierra de cobre es una práctica común, por su practicidad, bajo mantenimiento y lenta tasa de corrosión, en este artículo se elaboró un estudio tecno-económico donde otros metales como el acero ó cobre-acero (conductores Copperweld) arrojan una solución económica y confiable para ser usado como electrodos de puesta a tierra directamente enterrado o embebidos en concreto. Consideraciones particulares se deben tomar al respecto y son bien citadas en el artículo. Las alternativas planteadas se describen citando reportes asociados revisando el estado actual del arte. Se concluye que aunque el cobre es una buena solución, igual conlleva requerimientos de inspección y monitoreo, pero no se debe usar como una práctica a ciegas ya que este metal se puede corroer al usarse en suelos con presencia de algunos fertilizantes.

Todos los elementos del sistema de puesta a tierra deben tratarse cuidadosamente ya que la corrosión del mismo aumentaría la resistencia de puesta a tierra o la aislaría en el peor de los casos. La naturaleza de los conductores de aluminio en relación su tendencia a formar una capa de óxido aislante fue discutida, lo que constituye un alerta para el instalador.

El uso tradicional de los electrodo para puestas a tierra de cobre pudiera ser perjudicial para otras estructuras metálicas enterradas cercanas al mismo ó viceversa depende del potencial de los metales involucrados, en la mayoría de los casos el cobre es más electropositivo (catódico) que la mayoría de los metales, en especial del acero, por lo que genera una celda de corrosión que afecta a otras estructuras promoviendo la corrosión de éstas últimas, como por ejemplo los anclajes de acero galvanizados de los postes de distribución en la cercanía de un sistema de Puesta a Tierra de Cobre.

El costo de la corrosión en plantas industriales, servicios públicos y privados en general reporta pérdidas cuantiosas que han obligado a los ingenieros a usar diferentes revestimientos, sistemas de protección catódica ó ambos como mecanismo de control de la corrosión. Las puestas a tierra de cobre en sitios donde la protección catódica es requerida producen “interferencias” que se traduce en la disminución, anulación del sistema de control de la corrosión ó promueve una corrosión acelerada, en este artículo se presenta las consideraciones para detectar tempranamente éstas interferencias y las medidas para minimizarlas. Se concluye que el diseño del Sistema de Protección Catódica (SPC) debe considerar los requerimientos de corriente del sistema de Puesta a Tierra (PAT), para grandes plantas donde el SPC protege la totalidad de ésta el uso de electrodos de puesta a tierra de acero ó acero galvanizado resulta una solución ventajosa ya que disminuye el costo del SPC (pues los requerimientos de corriente de una PAT de acero es menor que la de una PAT e cobre) y se extiende la vida útil de las PAT de Acero, para que funcione toda la vida útil de la instalación (además tomando en cuenta condiciones particulares de espesor del calibre del conductor).

VII. AGRADECIMIENTOS

El Autor quisiera agradecer a los ingenieros Leonardo Uzcategui y Stefan Pardo por el apoyo al desarrollo y publicación de este tema de investigación.

A los Ingenieros Carlos Gómez, Ausencio Pacheco y Daniel Álvarez por sus acertados comentarios y discusiones en torno al tema.

Asimismo se está muy agradecido por la empresa “inelectra a Petrotiger Company” por haber facilitado todos los recursos de información citados en la bibliografía y necesarios para este trabajo en pos de la calidad técnica en la ingeniería de diseño y del progreso.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

Revistas: [1] Thomas F. Lewicki and Norman L. Fowler, The Effect of Corrosion

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[4] Edwin A. Wolkoff, Michael F. Genge, Member, Ieee, And Paul V. Bergschneider, “The AC Corrosion Performance of Copper Earth Return Electrodes”. IEEE Transactions On Industry Applications, Vol. IA-16, N°. 1, Enero/Febrero 1980

[5] Edwin A. Wolkoff, Michael F. Genge, Member, Ieee, And Paul V. Bergschneider, “The AC Corrosion Performance of Copper Earth Return Electrodes”. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-16, N°. 1, Enero/Febrero 1980

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[7] Orville W. Zastrow, Underground Corrosion and Electrical Grounding, IEEE Transactions on Industry and General Applications Vol. IGA-3, N°. 3 Mayo/Junio 1967

12

[8] "Effects Of Electrical Grounding On Pipe Integrity And Shock Hazard". American Water Works Association, Journal Awwa Julio 1998. Vol. 90, N°. 7. Págs. 40 – 52

[9] Sundar Rajan, Srjnivasa I. Venugopalan, Corrosion and Grounding Systems. IEEE Transactions On Industry Applications, Vol. IA-I 3, N°. 4, Julio/Agosto 1977.

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[11] Roberto Ruelsa Gómez , “Teoría y Diseño de Sistemas de Tierras Según las Normas Oficiales Mexicanas (NOM) e IEEE”. Disponible En: www.ruelsa.com.

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Gustavo Salloum. Nació en Cumaná Venezuela. El 12 de octubre de 1979. Obtuvo el título de Ingeniero Electricista el 22 de Mayo del 2002 en la Universidad Simón Bolívar (USB), Caracas, Venezuela. También obtuvo el Título de Especialista en Instalaciones Eléctricas en la misma universidad en Octubre del 2006. Actualmente se encuentra terminando sus estudios de Maestría en Ingeniería Eléctrica en dicha institución.

Obtuvo la certificación CP-2 de la National American Corrosión Engineer NACE “Cathodic

Protection Technician” en Abril del 2009.

Desde el año 2001 ha trabajo en el diseño, procura y construcción de instalaciones eléctricas para la industria petrolera. Actualmente trabaja para la empresa “inelectra a Petrotiger Company” (www.petrotiger.com) como Ingeniero de Proyectos. Es profesor convencional en la Universidad Metropolitana, Caracas, Venezuela desde el 2007, y ha dictado varios cursos y seminarios en sus áreas de especialidad Sistemas Puesta a Tierra, Protección Contra Descargas Atmosféricas y Sistemas de Protección Catódica.

El Ing. Salloum es miembro de la IEEE “Institute of Electrical and Electronics Engineers” y de NACE “National American Corrosión Engineer”. Ha participado como revisor técnico del II Congreso Venezolano de Redes y Energía Eléctrica. Porlamar, Venezuela. Junio 2009 y actualmente es revisor técnico de la Revista IEEE para la América Latina (http://www.ewh.ieee.org/reg/9/etrans/esp/revisores.htm).