Ingeniería de puesta a tierra y protección contra rayos
Contasistemas · Desarrollo propio
Electrodo de grafito
Puesta a tierra en suelos difíciles, con valores medidos por debajo de 1 Ω. Donde la tecnología convencional quedaba obsoleta, el grafito logró lo que otros no pudieron.
El electrodo de grafito es un sistema de puesta a tierra desarrollado por Contasistemas para terrenos donde los electrodos convencionales no alcanzan la resistencia exigida o se degradan por corrosión. El grafito es el estado más estable del carbono: no es metálico y no se altera en ningún terreno, ni siquiera en los más agresivos.
La tecnología nació de un problema real: estaciones que no lograban ponerse en marcha porque ningún arreglo convencional bajaba la resistencia a tierra a los valores requeridos.
Cómo funciona
1 · Contacto íntimoEl electrodo se instala en una fosa con agregados y acondicionadores minerales. La compactación e irrigación logran un contacto perfecto entre la fosa y el terreno.
2 · Dispersión inmediataLa energía se dispersa en los primeros centímetros, dentro de la fosa, y continúa su camino en el terreno con mayor facilidad.
3 · Fosa solidificadaEn la versión actual, la fosa se solidifica gracias al cemento que incluye. La fosa se sella; la tanquilla es opcional, ya no necesaria.
4 · Estabilidad en el tiempoAl no corroerse, la resistencia se mantiene estable todo el año, sin las variaciones que sufren los electrodos metálicos con la temperatura y la humedad.
Dos presentaciones, según el terreno
Diseño propio: núcleo rígido de grafito con barra de conexión 5/8 sobresaliente, sin conector.
Núcleo rígido de grafitoPara terrenos bondadosos, donde la resistividad no es el problema y la resistencia objetivo se alcanza con facilidad. Ahí el problema es la corrosión y la durabilidad del electrodo: frente a una barra copperweld convencional, el núcleo de grafito ofrece una vida útil muy superior, porque no se corroe.
Diseño propio: fosa de grafito con electrodo horizontal.
Fosa de grafitoPara prácticamente cualquier entorno, incluidos los suelos de altísima resistividad y las zonas muy corrosivas, logrando valores de resistencia por debajo del ohmio donde la malla convencional resulta inviable o prohibitiva.
Ventajas documentadas frente a los electrodos convencionales
Aspecto
Electrodo de grafito
Electrodo convencional
Corrosión
No se corroe ni se degrada; inalterable en terrenos agresivos
Se degrada en suelos corrosivos y pierde prestaciones
Estabilidad anual
Resistencia estable todo el año
Varía con temperatura y humedad; sube a altas temperaturas
Cortocircuito
Ensayado a 10 kA sin daño
Puede fundirse por cortocircuito
Suelos difíciles
Alcanza valores por debajo de 1 Ω en suelos de miles de Ω·m
Exige mallas extensas, inviables o prohibitivas
Mantenimiento
Sin mantenimiento por corrosión; fosa actual solidificada, sin reposición
Requiere sustitución al degradarse
Ensayos de laboratorio. El electrodo sólido de grafito fue ensayado en el Laboratorio de Alta Tensión de la Universidad Simón Bolívar: cortocircuito de 10 kA sin daño; cinco impulsos tipo rayo de 10 kA (8/20 µs) sin elevación de temperatura, sin daño y sin variación de resistencia; absorción de humedad del 2,3% tras 48 horas en agua.
Evolución de la fórmula
La tecnología aplicada en 2008 y 2009 empleaba sales minerales en la mezcla. Durante aproximadamente diez años, Contasistemas evolucionó la formulación: eliminó la sal (causaba corrosión), agregó cemento buscando la solidificación de la fosa, realizó más ensayos y estudios, y simplificó la fórmula, con mejores resultados. La versión actual es, por tanto, distinta de la aplicada en los casos históricos que se presentan abajo.
Mantenimiento. El grafito es el estado más estable del carbono: no se altera en ningún terreno, y el sistema no requiere mantenimiento por corrosión. En la versión actual, la fosa se solidifica gracias al cemento que incluye: no requiere reposición de material. La compactación e irrigación garantizan un contacto perfecto con el entorno. La fosa se sella; la tanquilla es opcional, ya no necesaria.
Casos de estudio
Estación Terrena de Respaldo del satélite Simón Bolívar (VENESAT)
Cliente: Ministerio de Ciencia y Tecnología · Luepa, estado Bolívar · 2009 · Versión 2009 de la tecnología
Medición en campo con Megger DET 3/2, método de caída de potencial (IEEE 81). Lecturas: 0,19–0,23 Ω.
El reto. La estación se levantó sobre roca y arenas gruesas, con resistividad de 1860 a 4000 Ω·m (media 1505 Ω·m, método Wenner en tres líneas). Con esos valores, una malla convencional era imposible en dimensiones y económicamente prohibitiva (IEEE 80-2000). Los expertos del área concluyeron que la estación estaba perdida.
La solución. Contasistemas diseñó e instaló un sistema con 9 electrodos de grafito en 7 fosas interconectadas por una malla, en un área de 96 m². El despliegue tomó 3 días: llegada en la tarde con descarga y preparación, instalación al día siguiente, y tapado con medición de cierre al tercer día, con retorno en la mañana. La logística fue perfecta: material, maquinaria y gente.
1860–4000 Ω·m
Suelo
0,19 Ω
Resultado (lecturas 0,19–0,23 Ω)
9 / 7
Electrodos / fosas
3 días
Despliegue total
Medición por caída de potencial, norma IEEE 81, con telurímetro Megger DET 3/2. El desarrollo fue expuesto en el IX Congreso de Instalaciones Eléctricas (Caracas, 15 de octubre de 2010), en trabajo conjunto de la Universidad Simón Bolívar, Contasistemas y CANTV.
Aplicación. Esta solución tiene gran aplicación en sistemas de energía alternativa (solar y eólica), donde se requiere una puesta a tierra confiable en terrenos difíciles y zonas remotas.
Estación El Pao, CANTV
Cliente: CANTV, Gerencia de Energía · El Pao, estado Bolívar (zona de Ciudad Bolívar) · 2008
Medición en campo con telurómetro Erdungsmesser D 3950: 0,2 Ω.
El reto. La estación llevaba más de 2 años inactiva. Se habían agotado todas las alternativas: malla convencional de barras copperweld, electrodos activos (barras químicas de 3 m), interconexiones a todas las estructuras metálicas y al neutro principal. El resultado final tras dos años de intentos: 11,4 Ω, lejos del objetivo de 5 Ω. El estudio Wenner (5 de abril de 2008) midió máximos de 1130,4 y hasta 2135,2 Ω·m.
La solución. A principios de mayo de 2008, Contasistemas realizó y financió un piloto con 2 electrodos de grafito, en 1 día de trabajo y en un área de solo 6 m², sin equipos especiales.
11,4 Ω
Tras 2 años de intentos
0,19 Ω
Con grafito
0,5 Ω
Al unir los sistemas
1 día
Tiempo de instalación
Secuencia medida: primero solo las dos barras de grafito; luego, al unir las tierras con el sistema existente, la resistencia subió un poco pero quedó por debajo de 1 Ω. Los resultados fueron verificados por diferentes métodos y por CANTV, y la estación volvió a brindar servicio a la comunidad.
Nota honesta. Este caso no cuenta con una certificación formal del trabajo. Su evidencia son los informes: uno elaborado por Contasistemas explicando lo realizado y certificando las mediciones, y otro de CANTV posterior al trabajo. Existe además un informe de CANTV con los trabajos previos que no lograron bajar la resistividad.
¿Tiene un problema similar?
Si su instalación no logra la resistencia de puesta a tierra exigida, o si sus electrodos se degradan por corrosión, cuéntenos su caso. Un ingeniero del área le atenderá.
