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158 MUNDO ELECTRICO Nº 93 PUESTAS A TIERRA www.mundoelectrico.com La corrosividad de los suelos de Colombia y el riesgo de corrosión galvánica en las varillas de puesta a tierra Análisis de un caso puntual de acidez de suelos: El Departamento de Antioquia *Por: Ing. Dolcey Casas Rodríguez 1. A manera de introducción El autor examina la información clasificada disponible en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi – IGAC – sobre los suelos de Colombia, así como diversos estudios y publicaciones especializados sobre el tema. El propósito es demostrar que los suelos colombianos son, en la mayor parte del territorio, de una elevada acidez y que, como “el pH es la variable maestra en los estudios de suelos” (5) y sumados los demás factores incluidos en la matriz de corrosividad, hay que concluir que son altamente corrosivos. Como las varillas de puesta a tierra que hacen parte de los Sistemas de Puesta a Tierra – SPAT - deben ser enterradas en estos suelos agresivos, nuestra obligación como ingenieros y técnicos electricistas es tener en cuenta dichas condiciones para seleccionar adecuadamente los tipos de electrodos que garanticen excluir o minimizar el riesgo de la corrosión galvánica. La corrosión galvánica de las varillas de puesta a tierra es la carcoma que está haciendo colapsar los sistemas de puesta a tierra de las empresas electrificadoras y de los usuarios, poniendo en riesgo la vida humana y animal. Además, está reduciendo sustancialmente la vida útil de los equipos. El Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas – RETIE – se limita a exigir a fabricantes y distribuidores de varillas de puesta a tierra una prueba de corrosión y una garantía de duración mínima de quince años. Sin embargo, las pruebas de laboratorio sugeridas (prueba de cámara salina) no reproducen las condiciones reales del suelo, que es el electrolito más complejo. Bajo estas condiciones limitantes, no es válido extrapolar los resultados obtenidos en la prueba de 1000 horas y predecir el comportamiento real de la varilla luego de su enterramiento afrontando la agresión de los factores de la matriz de corrosividad. Confiamos en que la próxima revisión del RETIE incluya la consideración concienzuda de las condiciones especialmente agresivas de los suelos colombianos y el riesgo de la corrosión galvánica. Desde ya ofrecemos nuestra colaboración en tan importante propósito. Esta inquietud sobre el comportamiento en el largo plazo de los electrodos de puesta a tierra frente a la amenaza de la corrosividad de los suelos, visto para las condiciones reinantes en Estados Unidos de Norteamérica, donde se completaron 120 años de existencia del NEC, quedaron consignadas en el texto justificativo del “Proyecto Nacional de Investigación sobre puesta a tierra de sistemas eléctricos”, ejecutado entre 1995 y 2007 por iniciativa de Underwriters Laboratories – UL - bajo la tutela de la Fire Protection Research Foundation – FPRF - (12). Reflexionaban entonces los investigadores, certificadores y empresarios norteamericanos del sector eléctrico en la siguiente forma: • “Hay muchas incógnitas en la labor de predecir cuál será el comportamiento real en el largo plazo de los diferentes tipos de electrodos, es decir, la forma como cada uno de ellos cumplirá con la función asignada de suministrar una adecuada puesta a tierra de un sistema.”
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La corrosividad de los suelos de Colombia y el riesgo de corrosión galvánica en las
varillas de puesta a tierra
Análisis de un caso puntual de acidez de suelos:El Departamento de Antioquia
*Por: Ing. Dolcey Casas Rodríguez
1. A manera de introducción
El autor examina la información clasificada disponible en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi – IGAC – sobre los suelos de Colombia, así como diversos estudios y publicaciones especializados sobre el tema. El propósito es demostrar que los suelos colombianos son, en la mayor parte del territorio, de una elevada acidez y que, como “el pH es la variable maestra en los estudios de suelos” (5) y sumados los demás factores incluidos en la matriz de corrosividad, hay que concluir que son altamente corrosivos.
Como las varillas de puesta a tierra que hacen parte de los Sistemas de Puesta a Tierra – SPAT - deben ser enterradas en estos suelos agresivos, nuestra obligación como ingenieros y técnicos electricistas es tener en cuenta dichas condiciones para seleccionar adecuadamente los tipos de electrodos que garanticen excluir o minimizar el riesgo de la corrosión galvánica.
La corrosión galvánica de las varillas de puesta a tierra es la carcoma que está haciendo colapsar los sistemas de puesta a tierra de las empresas electrificadoras y de los usuarios, poniendo en riesgo la vida humana y animal. Además, está reduciendo sustancialmente la vida útil de los equipos.
El Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas – RETIE – se limita a exigir a fabricantes y distribuidores de varillas de puesta a tierra una prueba de corrosión y una garantía de duración mínima de quince años. Sin embargo, las pruebas de laboratorio sugeridas (prueba de cámara salina) no reproducen las condiciones reales del suelo, que es el
electrolito más complejo. Bajo estas condiciones limitantes, no es válido extrapolar los resultados obtenidos en la prueba de 1000 horas y predecir el comportamiento real de la varilla luego de su enterramiento afrontando la agresión de los factores de la matriz de corrosividad. Confiamos en que la próxima revisión del RETIE incluya la consideración concienzuda de las condiciones especialmente agresivas de los suelos colombianos y el riesgo de la corrosión galvánica. Desde ya ofrecemos nuestra colaboración en tan importante propósito.
Esta inquietud sobre el comportamiento en el largo plazo de los electrodos de puesta a tierra frente a la amenaza de la corrosividad de los suelos, visto para las condiciones reinantes en Estados Unidos de Norteamérica, donde se completaron 120 años de existencia del NEC, quedaron consignadas en el texto justificativo del “Proyecto Nacional de Investigación sobre puesta a tierra de sistemas eléctricos”, ejecutado entre 1995 y 2007 por iniciativa de Underwriters Laboratories – UL - bajo la tutela de la Fire Protection Research Foundation – FPRF - (12). Reflexionaban entonces los investigadores, certificadores y empresarios norteamericanos del sector eléctrico en la siguiente forma:
• “Hay muchas incógnitas en la labor de predecir cuál será el comportamiento real en el largo plazo de los diferentes tipos de electrodos, es decir, la forma como cada uno de ellos cumplirá con la función asignada de suministrar una adecuada puesta a tierra de un sistema.”
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• “Entre los factores que pueden afectar el desempeño de un electrodo de puesta a tierra están: resistividad, composición química, humedad y temperatura del suelo; resistencia eléctrica del electrodo; cambios meteorológicos o estacionales que afectan el grado de humedad de la tierra; capacidad de corriente, corrosión, material y masa del electrodo.”
• “La longevidad de un electrodo es un tema que no ha podido ser incorporado fácilmente en los reglamentos de instalaciones eléctricas o en las Normas.”
Lamentablemente, en Colombia hay un total desconocimiento del asunto. Los operadores de red, entes de regulación y control, empresas proveedoras de bienes y servicios conexos del sector eléctrico, empresas de telecomunicaciones, industrias del sector energético, contratistas, ingenieros, técnicos y usuarios, no solamente desconocen el tema, sino que lo menosprecian. Al fin de cuentas, es muy fácil menospreciar lo que se desconoce.
Las consecuencias no podrán ocultarse por mucho tiempo y, tarde que temprano, tendremos que hacer el mea-culpa que hicieron los norteamericanos y aceptar el siguiente hecho:
Figura No.1 Perfiles de suelos colombianos
2. Resumen del diagnóstico
Para facilitar la comprensión del diagnóstico sobre las condiciones de los suelos, ubiquémonos frente al perfil de dos suelos típicos colombianos:
2.1 Diagnóstico desde el punto de vista de la acidez:
El 85% de los suelos de Colombia tiene un pH < 5,5, es decir, corresponde a las categorías ultraácido, extremadamente ácido, muy fuertemente ácido y fuertemente ácido, definidas según la metodología del Soil Survey Division Staff (SSDS 1993). Los suelos neutros, con un pH entre 6,5 y 7,5, son escasamente el 3,8% y se encuentran confinados en sitios puntuales de las cuencas de los ríos Magdalena y Cauca, así como en enclaves en el litoral Atlántico. (1).
2.2 Diagnóstico desde el punto de vista de la salinidad y alcalinidad:
Las áreas salino-sódicas ocupan el 5,6% del territorio, mientras que las áreas de salinidad no-sódica alta y moderada representan el 2%. En el 89,27% de los suelos colombianos la salinidad es baja o nula. (1).
2.3 Diagnóstico desde el punto de vista de la humedad:
El 80% del país se encuentra en las zonas húmedas, muy húmedas y pluviales. (1)
2.4 Diagnóstico desde el punto de vista de los tipos de materiales de los suelos colombianos:
El 82% del territorio está compuesto de rocas sedimentarias y sedimentos – con un amplio predominio de las arcillas - y el 18% es de rocas ígneas y metamórficas. Sin embargo, estas últimas, ubicadas principalmente en el centro y norte de la Cordillera Central y sur y norte de la Cordillera Oriental se encuentran cubiertas, en buena parte, por cenizas volcánicas que, a su vez, dan origen a suelos extremadamente ácidos. (2).
2.5 Diagnóstico general:
La Figura No. 2 representa los principales factores que intervienen en la definición sobre la corrosividad de un suelo. Además de la acidez, salinidad y humedad, los factores resistividad, presencia de oxígeno y de bacterias aeróbicas y anaeróbicas están ligados a la estructura geológica o tipo de material del suelo. Por lo tanto, si asociamos esta Figura No. 2 a una Matriz de Corrosividad, el autor deduce lo siguiente:
Los suelos colombianos son, en su inmensa mayoría, extremadamente ácidos y corrosivos.
No sabemos qué está ocurriendo con las varillas de puesta a tierra que hemos
venido enterrando para proteger nuestros sistemas eléctricos. Continuamos
ignorando o subestimando el riesgo de la corrosión galvánica derivado de las
condiciones especialmente corrosivas de los suelos colombianos.
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3. La acidez de los suelos de Colombia
Citando a Raúl D. Zapata Hernández (5) “el pH es la variable maestra en los estudios de suelos”. En nuestro caso, estudiando el suelo en su condición de electrolito, la acidez es el factor determinante en la Matriz de Corrosividad. Por lo tanto, el autor se ha centrado en el análisis de los Estudios Generales de Suelos y Zonificación de Tierras realizados por el Instituto Agustín Codazzi – IGAC - y en numerosas publicaciones especializadas relacionadas en la Bibliografía, pero circunscribiéndose al factor acidez. Usando como fondo el Mapa de Suelos del IGAC, el autor ha elaborado la Figura No. 3 que presenta en forma resumida el diagnóstico de la reacción química de los suelos de Colombia.
suelos ácidos, salinos, ácidos/salinos y sulfatado ácidos y que existe un común denominador: La Acidez.
3. Casos puntuales de los Departamentos de Santander, Cundinamarca y de la Sabana de Bogotá
A título de ejemplo y solamente con fines ilustrativos, destacamos los siguientes casos:
En Santander, los suelos son predominantemente ácidos y las condiciones críticas de suelos ultra ácidos con pH < 3,5 aparecen en diferentes y dispersos lugares de la geografía departamental, desde el páramo hasta las zonas cálidas. Enclaves neutros y alcalinos ocurren en lugares aislados en las márgenes del Rio Magdalena. (9). (Ver Figura No. 4).
“Figura No. 3 Reacción química de los suelos de Colombia”
En Cundinamarca, los suelos son desde “extremadamente ácidos” hasta “levemente ácidos”, con excepción de nichos neutros y alcalinos en áreas de los municipios de Girardot, Tocaima, Jerusalén, Beltrán, Nariño, Guatiquí y Puerto Salgar, todos a la orilla del Magdalena. (10).
La Sabana de Bogotá es un caso especial donde encontramos suelos ácidos y salinos. Ácidos por el hecho de encontrarse dentro de la zona de suelos colombianos de origen volcánico. Salinos, por cuanto hace cien millones de años la Sabana y territorios aledaños formaron parte del fondo del mar (11). Para ilustrar sobre las condiciones de acidez de la Sabana de Bogotá, remitimos a la Figura No. 5, elaborada por el autor a partir del estudio de la publicación de la Sociedad Geográfica de Colombia “La estructura ecológica principal de la Sabana de Bogotá” (11).
4. Análisis de un caso puntual de acidez de suelos: Las condiciones de acidez de los suelos del Departamento de Antioquia, Medellín y el Valle de Aburrá
Para ilustrar la metodología seguida para el estudio de la acidez de los suelos de los diferentes departamentos,
Ácidos Sulfato- ácidos
Ácidos
Ácidos
Ácidos y salinos
Ácidos
Ácidos y salinos
Salinos
Sulfato- ácidos
Ácidos
Ácidos
Salinos
Sabana de Torres
Landázuri, Cimitarra
Concepción, Guaca, El Cerrito, Encino
San Vicente De Chucurí
Gámbita
Onzaga
Figura No. 4 Dispersión geográfica de suelos ultraácidos en el Departamento de Santander
Corrosividad del suelo
Acidez
Salinidad
Bacterias
Resistividad
Humedad
Presencia de oxígeno (Potencial
Redox)
Figura No. 2 Principales factores que definen la corrosividad de un suelo
De la observación del mapa de la Figura No. 3 se constata que a lo largo y ancho del territorio colombiano concurren
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analicemos el caso de Antioquia a la luz del Estudio General de Suelos y Zonificación de Tierras (6).
El autor hizo un análisis e interpretación del Tomo 2 “Descripción de las unidades cartográficas de suelos” y configuró un resumen de la información, circunscrita al perfil de acidez del suelo (Ver Figura No. 6). La tabla incluye todas las unidades cartográficas de cada uno de los paisajes (Planicie marina y fluviomarina, planicie fluviolacustre y planicie aluvial, planicie fluvial/plano de inundación, planicie fluvial/terrazas, valle aluvial, lomerío, piedemonte,
Relieve general Posición Geomórfica Asociación de suelos Acidez
Escarpes y laderas escarpadas Monserrate Fuertemente ácidosLaderas a más de 3500 msm Páramo-Guasca Fuertemente ácidos
Laderas de cerros, depresiones anticlinales Cabrera-Cruz Verde Fuertemente ácidos
Laderas de los cerros Cabrera-CoguaFuerte a moderadamente
ácidosColinas Facatativá-Cabrera Medianamente ácidos
Laderas de cerros, colinas Bojacá-Cogua-Techo Fuertemente ácidosPiedemontes y pequeños valles
intercolinaresColuvios Fuertemente ácidos
Planicie aluvio-lacustre Techo-Gachancipá Acidos en superficiePlanicie lacustre Tibaitatá-Zipaquirá-Corzo Ligeramente ácidos
Plano aluvial de inundación Bogotá-Nemocón Ligeramente ácidosAbanicos sobre pendiente estructural Bermeo Medianamente ácidos
Zona ondulada y quebrada
Zona plana
GEOMORFOLOGIA Y SUELOS DE LA SABANA DE BOGOTA
Figura No. 5 Acidez de los Suelos de la Sabana de Bogotá
montaña y altiplanicie). Con toda certeza se deduce que el 96% del territorio del Departamento de Antioquia presenta suelos ácidos y, por consiguiente, agresivos por corrosividad. Obsérvese que únicamente en dos unidades cartográficas - resaltadas en color verde - existe una presencia clara de suelos ligeramente ácidos-neutros-moderadamente alcalinos.
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5. La acidez en el subsistema de los suelos de Medellín y el Valle de Aburrá
Interesante es el caso específico de los suelos de Medellín y el Valle de Aburrá donde la totalidad de las unidades cartográficas tiene un perfil ácido (Ver Figura No. 7).
6. La corrosividad de los suelos y el riesgo de corrosión galvánica
Las condiciones para que se produzca la corrosión galvánica están dadas cuando hay dos metales distintos en contacto, en presencia de un electrolito y un electrolito es una sustancia que contiene iones libres. Hay electrolitos en estado líquido o soluciones iónicas, como el agua de mar, y electrolitos en estado sólido, como el suelo. Debido a la presencia de los
iones libres, el electrolito es un medio conductor eléctrico y, a mayor presencia de iones libres, mayor conductividad.El suelo, en el que enterramos las varillas de puesta a tierra, es un medio de gran complejidad compuesto de sólidos, líquidos y gases. La complejidad del suelo como electrolito se deriva del contenido de ácidos, sales, materia orgánica y microorganismos, así como de la humedad, porosidad, resistividad, potencial Redox y temperatura, factores que hacen parte de la Matriz de Corrosividad de un Suelo. Sin embargo, “el pH (la acidez) es la variable maestra” (5), pues informa sobre la cantidad de iones hidrógeno libres. Es decir, a mayor acidez, mayor corrosividad.
Cuando se entierran varillas de puesta a tierra fabricadas con núcleo de acero y recubrimiento de cobre, se están creando las condiciones de un riesgo de corrosión galvánica. El nivel de dicho riesgo depende directamente del grado de acidez del suelo.
Como consecuencia del proceso de corrosión galvánica, el núcleo de la varilla puede deteriorarse progresivamente. En la medida que se deteriora, aumenta la resistencia de puesta a tierra e, incluso, puede desaparecer la conexión misma a tierra y el sistema eléctrico queda desprotegido. Esta situación se ilustra en la Figura No. 8 “Escenario de riesgo de corrosión galvánica en las varillas de puesta a tierra acero-cobre”.
7. El accionar de los ácidos, las sales y las bacterias sobre las varillas de puesta a tierra acero-cobre. La figura de “Los Chicos Malos del Suelo”.
Para hacer más claridad sobre el efecto de los ácidos, las sales y las bacterias sobre la corrosividad de los suelos y en aras de una figura pedagógica, el autor recurre a una representación gráfica que personifica en Pedro el Ácido a todos los tipos de ácidos, en Pablo El Salino a todas las sales (cloruros, sulfatos, nitratos, carbonatos y bicarbonatos) y en Juan Bacteria a todos los microorganismos aeróbicos y anaeróbicos. El accionar “mancomunado” de estos “personajes” – “Los
SUELO
Figura No. 8 Escenario del riesgo de corrosión galvánica en los electrodos de puesta a tierra acero-cobre, por acción del suelo en su condición de electrolito
Los chicos malos de la corrosión: Pedro el Ácido, Pablo el Salino y Juan Bacteria
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Chicos Malos del Suelo” - para crear condiciones de corrosividad y consecuente riesgo de corrosión galvánica sobre las varillas de puesta a tierra tipo acero-cobre, se representa en las Figuras No. 8, 9 y 10.
las varillas de puesta a tierra acero-cobre están colapsando debido al fenómeno de la corrosión galvánica derivado de las condiciones de extrema corrosividad de los suelos de Colombia. Me ratifico en lo escrito en la sección introductoria: La corrosión galvánica de las varillas de puesta a tierra es la carcoma que está haciendo colapsar los sistemas de puesta a tierra de las empresas electrificadoras y de los usuarios, poniendo en riesgo la vida humana y animal. Además, está reduciendo sustancialmente la vida útil de los equipos.
La alternativa es el uso de cobre sólido. En el momento de la toma de decisiones sobre el tipo de varilla de puesta a tierra más adecuado para las condiciones de los suelos colombianos, las empresas electrificadoras y de telecomunicaciones, las industrias, los contratistas y los usuarios deberían hacer un análisis de costo-beneficio que incluya el estudio del riesgo de la corrosión galvánica.
9. Acotación final sobre el cubrimiento de las pólizas de seguros frente al riesgo de la corrosión galvánica
Para finalizar, bien vale la pena ilustrar al lector sobre el hecho de que las Compañías de Seguros, en las Pólizas de Seguro Eléctrico y Electrónico, en la letra menuda de las EXCLUSIONES incluyen la corrosión. Las Aseguradoras argumentan que el riesgo de la corrosión puede preverse y que es posible adoptar las medidas para excluirlo o minimizarlo.
Yo estoy de acuerdo.
SUELO
Figura No. 8 Escenario del riesgo de corrosión galvánica en los electrodos de puesta a tierra acero-cobre, por acción del suelo en su condición de electrolito
Los chicos malos de la corrosión: Pedro el Ácido, Pablo el Salino y Juan Bacteria
Figura No. 9 Situación inicial del electrodo de puesta a tierra
Figura No. 10 Riesgo de corrosión galvánica del electrodo
8. Valoración de experiencias auscultadas a nivel nacional mediante consultas en campo y conclusiones
Durante el año 2013, el autor ha tenido la oportunidad de recoger experiencias directamente de personal de técnicos electricistas y contratistas sobre el comportamiento en el largo plazo de las varillas de puesta a tierra. Esta actividad comprendió más de cuarenta (40) encuentros en las ciudades de Bogotá, Cali, Palmira, Medellín. Manizales, Armenia, Pereira, Ibagué, Neiva, Villavicencio, Tunja, Cúcuta, Pamplona, Bucaramanga, Girón, El Socorro, San Gil, Barbosa, Montería, Cartagena, Barranquilla, Santa Marta y Valledupar. Mi conclusión es que
La letra menuda en las pólizas de seguros
QUINTA: EXCLUSIONES GENERALES DEL PRESENTE ANEXO.
DAÑOS ORIGINADOS POR DESGASTE NATURAL, USO
NORMAL, CORROSIÓN, POR FIN DE LA VIDA ÚTIL DE MATERIALES, O AQUELLOS ORIGINADOS POR FALTA DE MANTENIMIENTO.
Bibliografía:
1. Ensayo sobre tipología de suelos colombianos – Énfasis en génesis y aspectos ambientales. Dimas Malagón Castro, Revista de la Academia Colombiana de Ciencias, Volumen XXVII, Número 104, Septiembre de 2003.2. Introducción a la Ciencia del Suelo. Daniel F. Jaramillo J., Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias, Medellín, 2002.
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3. Suelos derivados de cenizas volcánicas en Colombia. A. Lizcano, M.C. Herrera y J.C. Santamaría, Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol.6 (2) 167, 2006.4. Zonificación de los procesos de salinización de los suelos de Colombia, Javier Otero García, Carlos Gómez, Reinaldo Sánchez, IDEAM, Subdirección de Geomorfología y Suelos, 2002.5. Casos especiales de acidez. Raúl D. Zapata Hernández, Universidad Nacional de Colombia, www.digital.unal.edu.co6. Estudio General de Suelos y Zonificación de Tierras del Departamento de Antioquia, Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 2007.7. El recurso suelo en Colombia. Inventario y Problemática. Dimas Malagón Castro. Revista de la Academia Colombiana de Ciencias, Volumen XXII, Número 82, Marzo de 1998.8. KIT de varilla maciza de cobre para puesta a tierra Copperground. Dolcey Casas Rodríguez, Revista Mundo Eléctrico No. 91, junio de 2013.9. Estudio General de Suelos y Zonificación de Tierras del Departamento de Santander, Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 2003.10. Estudio General de Suelos y Zonificación de Tierras
del Departamento de Cundinamarca, Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 2000.11. La estructura ecológica principal de la Sabana de Bogotá, Alfonso Pérez Preciado, Sociedad Geográfica de Colombia, Academia de Ciencias Geográficas.12. National Electrical Grounding Research Project, Technical Report, www.nfpa.org/Foundation, The Fire Protection Research Foundation, One Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts, U.S.A. 02169.
Advertencia: Todos los conceptos expresados en este artículo son de la exclusiva responsabilidad de su autor.
*Ing. Dolcey Casas Rodríguez. Asesor Técnico de COBRES DE COLOMBIA LTDA. Universidad Técnica de Dresde – Alemania.
