Este documento describe los sistemas de puesta a tierra en instalaciones eléctricas, incluyendo los tipos de sistemas, elementos, y consideraciones sobre el terreno. Explica que la puesta a tierra conecta todas las partes metálicas de una instalación al suelo a través de electrodos para disipar corrientes de defecto de manera segura. También cubre los efectos fisiológicos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano y los umbrales de sensación, no soltar y fibrilación ventricular.

1. UniversidadAmericana Docente:Ing. Mario Fava Vega
Instalaciones Eléctricas
Introducción
Con el objeto de ampliar nuestros conocimientos básicos sobre el funcionamiento, disposición y distribución de las
instalaciones eléctricas, presentamos el siguiente trabajo investigativo, exponiendo el funcionamiento de una parte
importante de dichas instalaciones, concerniente a la seguridad, como lo es la puesta a tierra.
Puesta a tierra
En los edificios destinados a viviendas se instalan sistemas de puesta a tierra, acompañados de interruptores
diferenciales de alta sensibilidad que garantizan la seguridad de las personas.
La puesta o conexión a tierra es la conexión eléctrica directa de todas las partes metálicas de una instalación, sin
fusibles ni otros sistemas de protección, de sección adecuada y uno o varios electrodos enterrados en el suelo con
objeto de conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficies próximas al terreno, no existan
diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de defecto o la
descarga de origen atmosférico.
La finalidad principal de una puesta a tierra es limitar la tensión que con respecto a tierra, puedan presentar, en un
momento dado, las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que
supone una avería en los materiales eléctricos utilizados.
El sistema de protección está basado, principalmente, en no permitir la existencia de tensiones entre diferentes
masas metálicas o entre éstas y elsuelo,superioresa24 V en viviendas y locales húmedos,o 50V enlocales secos.
Estos valores son los máximos que puede soportar el cuerpo humano sin peligro de lesiones graves.
Para conseguir estos valores de tensión, se equipan las instalaciones con un línea paralela a los conductores de
enlace del edificio que sea capaz de enviar a tierra cualquier corriente de fuga, derivación, etc., así como las
descargas de origen atmosféricos (rayos).
Tipos de sistemas de puesta a tierra
De acuerdo a su aplicación los sistemas de puesta a tierra son:
Puesta a tierra para sistemas eléctricos.
Puesta a tierra de los equipos eléctricos.
Puesta a tierra en señales electrónicas.
Puesta a tierra de protección electrónica
Puesta a tierra de protección atmosférica
Elementos que forman una puesta a tierra
A los elementos que forman el conjunto de una puesta a tierra los podemos clasificar de la siguiente forma:
Tierra: Necesitamos un terreno que será capaz de disipar las energías que pueda recibir.
Toma de tierra: Esta es la instalación de conexión a tierra, consta de las siguientes partes:
Electrodos o picas (también llamados jabalinas): Partes metálicas enterradas.

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Línea de enlace con tierra: Conductor conectado a los electrodos.
Bornes de puesta a tierra: conexión entre la línea de enlace y los distintos conductores de protección.
Conductores de protección: unen los distintos puntos de la instalación con la línea de enlace.
Conceptos del terreno
El terreno es el encargado de disipar las corrientes de fuga o de defecto y las de origen atmosférico.
La resistenciaalpaso de la corriente entre los electrodos y elterreno define laresistividad delmismo,permitiéndonos
conocer su comportamiento eléctrico.Un buen contacto entre ellos, facilita el paso de la corriente eléctrica, mientras
que un mal contacto la dificulta. A este valor que define la bondad del contacto se le denomina resistencia de paso
a tierra y se mide en ohmios.
Así pues, a la hora de dimensionar los electrodos sobre un terreno dado, el valor de la resistencia de paso deberá
ser el menor posible.
Propiedades electromagnéticas de las tierras
Para entendercabalmente los fenómenos que acontecenenunapuestaa tierra es necesario tenerencuentaalgunos
conocimientos sobre las propiedades eléctricas y magnéticas de los suelos y el comportamiento de los mismos
cuando se producen corrientes transitorias o de falla. Asimismo para poder diseñar los sistemas de puesta a tierra
será muy útil conocer en detalle estos parámetros.
La tierra (suelo, subsuelo) tiene propiedades que se expresan fundamentalmente por medio de tres magnitudes
físicas que son:
La resistividad eléctrica ρ (o su inversa la Conductividad σ).
La constante dieléctrica ε
La permeabilidad magnética µ
El comportamiento físico de los suelos depende de las propiedades y modo de agregación de sus minerales y de la
forma, volumen y relleno (generalmente agua y aire) de los poros. Además de estas relaciones conviene estudiar el
efecto que sobre dichas propiedades ejercen la presión y la temperatura.
Resistividad de suelos
Se sabe por física elemental que la resistencia R de un conductor alargado y homogéneo de forma cilíndrica vale:
R = ρ l/s
Donde:
R = resistencia en Ω
ρ = resistividad en (Ω-metro)

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l = longitud del conductor en metros m
s = sección en metros cuadrados
La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente eléctrica encuentra a su paso en un material
determinado, pero igualmente se considera la facilidad de paso, resultando así el concepto de, Conductividad,que
expresado numéricamente es inverso a la resistividad y se expresa en siemens-metro de modo que:
σ = 1/ρ
La resistividad es una de las magnitudes físicas de mayor amplitud de variación, como lo prueba el hecho de que la
resistividad del poliestireno supera a la del cobre en 23 órdenes de magnitud.
A continuación la tabla de tipos de suelos con sus respectivas resistividades.
Naturaleza del terreno Resistividad en Ω - m
Terrenos pantanosos De algunas unidades a 30
Limo 20 a 100
Humus 10 a 150
Turba húmeda 5 a 100
Arcilla plástica 50
Marga y arcillas compactas 100 a 200
Margas del jurásico 30 a 40
Arena arcillosa 50 a 500
Arena silícea 200 a 300
Suelo pedregoso cubierto de césped 300 a 500
Suelo pedregoso desnudo 1,500 a 3,000
Calizas blandas 100 a 300
Calizas compactas 1,000 a 5,000
Calizas agrietadas 500 a 1,000
Pizarras 50 a 300
Roca de mica o cuarzo 500 a 5000
Granito y gres procedentes de alteraciones 1,500 a 10,000
Roca ígnea 5,000 a 15,000
Electrodos
Los electrodos son varillas generalmente de cobre, que sean resistentes a la corrosión por las sales de la tierra, que
van enterradas a la tierra a una profundidad de 3 m para servirnos como el elemento que nos disipará la corriente
en la tierra en caso de alguna falla de nuestra instalación o de alguna sobrecarga.
Tipos de electrodos:

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Electrodos de placas:Serán placas de cobre o hierro zincado, de al menos 4mm de grosor, y una superficie
útil nunca inferior a 0.5m2. Se colocarán enterradas en posición vertical, de modo que su arista superior
quede, como mínimo, a 50 cm bajo la superficie del terreno. En caso de ser necesarias varias placas, éstas
se colocarán separadas a una distancia de 3m.
Electrodo horizontal:Elelectrodohorizontales unconductorde cobre desnudoenterrado de formahorizontal
en una zanja de 50cm mínimo de profundidad,se puedenhacervarias configuraciones,pero lamás utilizada
es la línea recta. Su principal inconveniente es que la excavación es muy costosa.
Electrodo vertical: Los electrodos verticales presentan muy buenos resultados aún en terrenos de poca
conductividad, ya que son capaces incluso de mejorar con el tiempo las propiedades eléctricas del terreno
de forma natural y sin utilizar ningún tipo de elemento perjudicial para el medio ambiente.
Electrodos picas: Pueden estar formadas por tubos de acero zincado de 60mm de diámetro mínimo, o de
cobre de 14mm de diámetro, y con unas longitudes nunca inferiores a los 2m. En el caso de ser necesarias
varias picas, la distancia entre ellas será, al menos, igual a la longitud.
Mallas metálicas: Están formadas por electrodos simples delmismo tipo unido entre síy situados bajo tierra.
Esta malla es muy utilizada en las subestaciones eléctricas, ya que reduce el riesgo de descargas.
Barras químicas: Son un sistema de puesta a tierra de ultra baja impedancia diseñado para:
-Sistemas de protección contra descargas atmosféricas.
-Sistemas de disipación de sobretensiones y corrientes transitorias.
-Prevención de accidentes por corrientes transitorias y cargas estáticas.
Electrodo en espiral: Es un cable de cobre desnudo en espiral de diferentes diámetros y enterrados a
diferentes profundidades para hacer contacto con las diferentes capas de la tierra.
Resistencia puesta a tierra
El electrodo de una toma de tierra se dimensionará de forma que su resistencia de tierra, en cualquier
circunstancia previsible,no sea superior al valor especificado para ella, en cada caso. Este valor de resistencia de
tierra será tal que cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a:
24 V en local o emplazamiento conductor.
50 V en los demás casos.
Si las condiciones de la instalación son tales que pueden dar lugar a tensiones de contacto superiores a los valores
señalados anteriormente, se asegurará la rápida eliminación de la falta mediante dispositivos de corte adecuados a
la corriente de servicio.
La resistencia de un electrodo depende de sus dimensiones,de su forma y de la resistividad del terreno en el que
se establece.Esta resistividad varía frecuentemente de un punto a otro del terreno, y varía también con la
profundidad.

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Tensión de contacto y tensión de paso
La tensión de contacto es la diferencia de potencial entre una
estructura metálica puesta a tierra y un punto de la superficie
del terreno a una distancia igual a la distancia horizontal
máxima que pueda alcanzar una persona, o sea ,
aproximadamente 1 metro.
Ux = 0,16 ρ I/X
Efectos fisiológicos del pasaje de la corriente por el cuerpo
humano:
A) Umbral de sensibilidad:
El establecimiento de los límites a partir de los cuales la
corriente eléctrica resulta peligrosa presenta notables
dificultades. Puede dar idea de ello las dispersiones que
aparecen en la determinación del umbral de sensibilidad sobre
el paso de la corriente eléctrica, definido como el valor de la
intensidad mínima que percibe una persona al hacer circular
una corriente de mano a mano. Mientras que algunos detectan
la corriente con intensidad de 0,5 mA, otros no empiezan a
percibir su paso hasta que ésta no alcanza valores cercanos a
los 2 mA.
B) Umbral de no soltar:
Este fenómeno tiene lugar por la excitación de nervios y músculos flexores bajo la acción de la corriente eléctrica,
de forma que al quedar contraídos, inhabilitan al individuo a dejar el conductor, toda vez que los extensores son
menos potentes que los flexores. Por estudios realizados se ha comprobado que el sexo es una variable influyente.
C) Muerte aparente:
Cuando el nivel de intensidad se eleva por encima del umbral de no soltar, se afectan grandes funciones
fisiológicas, como la respiración y la circulación. En efecto para una intensidad del orden de 20 a 30 mA, la
contracción muscular puede difundirse y alcanzar los músculos respiratorios (intercostales, pectorales y
diafragma), originando una parada circulatoria (central o periférica), que ocasiona una asfixia con cianosis, para
desembocar prontamente, en un estado de muerte aparente y en una parada circulatoria.
Si el accidentado se sustrae rápidamente de la corriente y se le proporciona una asistencia respiratoria (antes que
sobrevenga la parada cardíaca, y en consecuencia, las lesiones anóxicas del encéfalo) estos fenómenos son
reversibles.

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D) Fibrilación ventricular y su umbral:
Desgraciadamente, no sucede lo mismo cuando el estado de muerte aparente se debe a una fibrilación ventricular.
Esta situación está caracterizada por una contracción anárquica y asincrónica de cada una de las fibras del
miocardio, lo que se traduce, velozmente, en una parada circulatoria, y una anoxia que alcanza primero al cerebro,
y después al mismo corazón.
Existe una proporcionalidad (según estudios estadísticos realizados por Dalziel) entre el peso corporal, y la
intensidad necesaria para la fibrilación, situandosé este umbral de 70 a 100 mA.
Este umbral, es variable con las condiciones del sujeto, con los parámetros del accidente (tensión y tipo de
contacto), pero fundamentalmente con:
Trayectoria seguida de la corriente.
El valor de la resistencia del organismo.
El tiempo de paso, y la amplitud de la corriente.
Otro parámetro influyente a considerar, es la frecuencia de la corriente, los umbrales son netamente más elevados
cuando se trata de corriente continua. Entre 10 y 1000 Hz, los umbrales son poco modificables,pero se elevan
rápidamente cuando la frecuencia aumenta.
La tensión de paso es la diferencia de potencial entre dos
puntos de la superficie delterreno,separadosporunadistancia
de un metro, en la dirección del gradiente de potencial máximo.
Bajo circunstancias de falla, la circulación de una corriente (I),
por una toma de tierra, sitúa a ésta a una tensión (Uo),
denominada de “puesta a tierra”, en relación con un punto
lejano, de potencial cero, definiendo el cociente (Uo/I) la
resistencia (R), de la toma de tierra, que tal como se verá más
adelante, interviene como elemento de cálculo de la corriente
que circula ( de la cual depende el comportamiento de las
protecciones) y de la propia tensión (Uo).
El gradiente de potencial en una región coincide,
prácticamente, con el valor más elevado que puede alcanzar
una “tensión de paso”, que adquiere evidentemente, sus
valores más elevados en las proximidades inmediatas de los electrodos de tierra. La tensión de paso (Up) es una
fracción de la tensión de puesta a tierra (Uo).
Deberá considerarse que, cuando las dimensiones de la toma de tierra son pequeñas, respecto a su distancia (x),
del lugar considerado, el gradiente de tensión en ese lugar no depende más que de (x) y de (I). En terreno

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Homogéneo, de resistividad (ρ) tiene por expresión:
Gx=0.16
𝜌.𝐼
𝑋2 (V/m)
Por ejemplo,si circula una corriente de 5000 A por una toma
de tierra en el terreno con una resistividad de 500 Ω.m, el
gradiente a 50 m del centro de la puesta a tierra será igual a
160 V/m.
Para un electrodo vertical, o jabalina, la tensión a 1m, puede
alcanzar la mitad o las ¾ partes de la tensión total (Uo).
Teniendo encuenta las posibles prolongaciones horizontales
de las estructuras, debe contemplarse que el cuerpo pueda
aumentar la parte más grande de la tensión del electrodo.
Instalación de puesta a tierra
Las instalaciones de puesta a tierra constan de las siguientes partes:
El terreno.
Tomas de tierra.
Conductor de
tierra o línea de
enlace con el
electrodo de
puesta a tierra.
Borne principal de
tierra.
Conductor de
protección.
Conductor de
unión
equipotencial
principal.
Conductor de equipotencialidad suplementaria.
Masa.
Elemento conductor.
Canalización metálica principal de agua.
Medida de una puesta a tierra

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Métodos de medición de ρ de los terrenos:
Si conocemos el valor de la resistividad del terreno con anterioridad a instalar o decidir el tipo de electrodo que
vamos a utilizar, tendremos la ventaja de elegir el sistema que técnica y económicamente pueda ser más rentable
y eficientemente seguro.
Existen varios métodos para calcular con cierto grado de exactitud un valor aparente como es el de la resistividad
del suelo, de entre los que se pueden destacar:
A) Método de Wenner.
B) Método simétrico.
Método de Wenner
Este método consiste en calcular la resistividad aparente del terreno, utilizando instrumentos de cuatro electrodos
(telurímetros), a distancias iguales, simétricamente separadas de un punto central “O”, debajo del cual queremos
medir la resistividad del terreno. El espesor de la capa del terreno que estamos midiendo la resistividad es
directamente proporcional a la separación entre electrodos y su valor es:
h = 3/4 a
Donde:
h = Profundidad para la medida de la “ρ” media
a = Separación entre electrodos en metros
Al introducir una intensidad (I) en el terreno a través de los electrodos A y B, aparecerá en los electrodos de
tensión: C y D, una diferencia de potencial (V) que visualizaremos en la lectura del instrumento.
El medidor tiene una resistencia variable en su interior que es la que varía la intensidad (I) que se introduce en el
terreno. El medidor también registra la tensión (V) que se detecta entre los bornes de tensión. La relación entre (U)
y la (I) es el valor de la resistencia variable que se registra en el medidor:

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R = U/I
El valor de la resistividad aparente que calcularemos para un estrato de espesor (h) será:
ρa = 2π . a . U/I
Como: R=U/I
ρa = 2π . a . R
Y como: h = 3/4 a
ρa = 8/3 π . h . R
Con este método y cálculo hemos obtenido el valor de la resistividad media de todas las capas del terreno entre la
superficie y una profundidad “h”.
Sistema simétrico
Es una variante del método de Wenner que se utiliza cuando los electrodos auxiliares no pueden clavarse a
intervalos regulares. También se utilizan dos electrodos de intensidad y dos de tensión que se conectan a los
cuatro bornes del instrumento. En este caso la relación entre la distancia de los electrodos de intensidad y la
profundidad o estrato del terreno en que se está midiendo la resistividad aparente es:
H = L/2
Al igual que en el método anterior se irán separando los electrodos,y por lo tanto la distancia (L), y así
conoceremos el valor de la resistividad a una profundidad (H) mayor.
El valor de la resistividad aparente se obtiene por la siguiente fórmula:
ρa=
𝜋(𝐿2
.𝐼2)𝑅
2𝐼
Si por alguna causa los electrodos no se pueden clavar en el terreno, por la dureza de este, o por ser suelos
pedregosos,artificiales de hormigón, o de similares características, se colocarán los electrodos envueltos en
lienzos mojados, dispuestos en el terreno con firmeza y regados abundantemente. Los resultados obtenidos por
esta vía, son muy similares a los obtenidos si se enterraran los electrodos,(si la superficie del suelo contiene
aceites o pinturas, la medición no es aceptable).

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