La resistencia de puesta a tierra es un parámetro crítico para proteger instalaciones eléctricas. En Colombia, su diseño sigue el RETIE y la NTC 2050, con normas internacionales.
Una puesta a tierra correcta protege personas, equipos y estructuras contra fallos eléctricos y sobretensiones. También evita daños por descargas atmosféricas y garantiza seguridad.
Calculadora Resistencia a Tierra (RETIE / NTC 2050)
Tabla de valores comunes de resistencia de puesta a tierra según RETIE y NTC 2050
El RETIE establece diferentes valores máximos de resistencia según la función del sistema de puesta a tierra:
| Tipo de instalación / sistema | Máximo valor de resistencia de puesta a tierra (Ω) |
|---|---|
| Sistema de puesta a tierra de subestaciones > 13.8 kV | ≤ 1 Ω (recomendado) |
| Sistema de puesta a tierra de subestaciones < 13.8 kV | ≤ 2 Ω (recomendado) |
| Equipos electrónicos sensibles (UPS, telecomunicaciones, etc.) | ≤ 1 Ω |
| Sistemas de protección contra rayos | ≤ 10 Ω |
| Puesta a tierra funcional (no de seguridad) | ≤ 25 Ω |
| Estructuras metálicas, mallas de equipotencialidad | ≤ 5 Ω |
| Puesta a tierra de equipos eléctricos (residencial) | ≤ 25 Ω según NTC 2050 |
Referencia normativa: RETIE 2020, capítulo 12 y NTC 2050 artículo 250-56.
Fórmulas para el cálculo de resistencia de puesta a tierra
Existen diversas configuraciones de electrodos de puesta a tierra, y cada una requiere una fórmula específica. A continuación se presentan las fórmulas más comunes, con su respectiva explicación detallada.
1. Electrodo vertical (barra o varilla)
Fórmula:
Donde:
Valores comunes:
2. Electrodos horizontales (cinta o conductor enterrado)
Fórmula:
Donde:
- w= Ancho del conductor (m)
Usado en:
- Mallas de puesta a tierra
- Buses o platinas enterradas
3. Mallas de puesta a tierra (configuración de cuadrícula)
Fórmula simplificada según IEEE 80:
Donde:
- A= Área de la malla (m²)
Valores comunes:
| Área de malla (m²) | Resistencia estimada (Ω) para ρ = 100 Ω·m |
|---|---|
| 25 m² | ~2 Ω |
| 100 m² | ~1 Ω |
| 400 m² | ~0.5 Ω |
4. Electrodo en anillo (bucle cerrado)
Fórmula:
Donde:
- r= Radio del anillo (m)
5. Resistencia equivalente para múltiples electrodos
Fórmula para electrodos en paralelo:
Esta fórmula es una aproximación. Para muchos electrodos cercanos, las interferencias deben calcularse con software especializado (ETAP, SKM, etc.).
Ejemplos del mundo real
Ejemplo 1: Subestación eléctrica industrial 13.2 kV
Datos:
- Suelo arcilloso húmedo: ρ=50 Ω⋅m
- Malla de puesta a tierra cuadrada de 10 × 10 m (100 m²)
- Requisito RETIE: Rmax≤2 Ω
Cálculo:
Cumple RETIE (1.25 Ω < 2 Ω)
Ejemplo 2: Sistema de protección contra rayos en edificio comercial
Datos:
- Resistividad: ρ=100 Ω⋅m
- Electrodo vertical de 3 m de longitud y 16 mm de diámetro (0.016 m)
- Requiere R≤10 Ω
Cálculo:
No cumple. Se deben usar múltiples varillas o mejorar el suelo (bentonita, sal, etc.)
Métodos para reducir la resistencia de puesta a tierra
En casos donde la resistencia calculada excede los límites establecidos por RETIE o NTC 2050, se pueden aplicar diversas estrategias:
Mejora de terreno
- Uso de compuestos químicos: bentonita, sales minerales o geles conductores para disminuir la resistividad ρρρ.
- Humedecimiento constante: en suelos áridos, mantener humedad artificialmente puede ser una solución temporal.
Aumento de electrodos
- Electrodos adicionales: colocar múltiples varillas en paralelo separadas al menos 2 × su longitud.
- Interconexión: conectar en malla, estrella o anillo para mejorar la distribución de corriente.
Cambio de geometría
- De vertical a horizontal: útil en suelos poco profundos o con roca superficial.
- Electrodo en anillo o cuadrícula: eficaz para grandes instalaciones.
Herramientas y software recomendados para cálculo avanzado
Aunque las fórmulas manuales son útiles en casos sencillos, para diseños críticos y auditorías RETIE se recomienda el uso de herramientas profesionales como:
| Software | Características destacadas |
|---|---|
| ETAP Ground Grid | Simulación de mallas complejas, cálculo de tensión de paso y contacto |
| SKM PowerTools | Análisis de seguridad eléctrica, modelado de tierra realista |
| CYME Grounding | Cálculo de resistencia total con efectos de interferencia |
| IEEE Std. 80 Tool | Herramienta basada en estándares IEEE para diseño seguro |
Listado de resistividades típicas del suelo
Una de las variables clave en el cálculo de la resistencia es la resistividad del terreno ρρρ. La siguiente tabla muestra valores típicos:
| Tipo de suelo | Resistividad aproximada (Ω·m) |
|---|---|
| Suelo arcilloso húmedo | 10 – 50 |
| Tierra negra húmeda | 30 – 60 |
| Arena húmeda | 100 – 500 |
| Suelo seco (compacto) | 500 – 1500 |
| Suelo rocoso | > 2000 |
| Concreto húmedo | 30 – 90 |
| Salmuera / mezcla bentonita | < 10 |
Medir con telurómetro (medidor de resistencia de tierra) para obtener valores reales en campo.
Normativas relevantes (nacionales e internacionales)
El diseño y verificación de la resistencia de puesta a tierra debe alinearse con normativas técnicas:
Normas aplicables en Colombia:
- RETIE 2020: Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (capítulos 12 y 14)
- NTC 2050 (Sección 250): Basado en el NEC estadounidense, adaptado a condiciones locales
- NTC 4552: Requisitos para electrodos de puesta a tierra
Normas internacionales de referencia:
- IEEE Std 80: Cálculo de sistemas de puesta a tierra en subestaciones
- IEEE Std 81: Medición de resistividad y resistencia de puesta a tierra
- IEC 60364-5-54: Sistemas de puesta a tierra en instalaciones eléctricas
- NFPA 70 (NEC): Estándar eléctrico de EE.UU.
Recomendaciones prácticas para cumplir RETIE
- Medición en condiciones secas: mide la resistencia en el peor caso (suelo seco), como exige RETIE.
- Utiliza electrodos certificados: varillas de cobre electrolítico, acero-cobre o acero galvanizado con norma ASTM.
- Separación adecuada: mínimo 2 veces la longitud entre varillas para evitar interferencia eléctrica.
- Conexiones soldadas exotérmicamente: garantizan conductividad permanente y anticorrosiva.
- Documentación técnica: planos, memoria de cálculo, informe de resistividad y protocolos de prueba.
Recursos adicionales de autoridad
- Ministerio de Minas y Energía – RETIE
- Icontec – Normas técnicas colombianas (NTC)
- IEEE Std 80 – Grounding of Substations
- NFPA 70 National Electrical Code (NEC)
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