La correcta puesta a tierra es esencial para la seguridad eléctrica y el cumplimiento normativo en instalaciones modernas. Calcular el número y longitud de electrodos según NTC 2050 e IEEE es fundamental para garantizar protección.
Este artículo explica cómo dimensionar electrodos de puesta a tierra, fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora IA. Descubre cómo cumplir con NTC 2050 e IEEE de forma precisa y profesional.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora del número y longitud de electrodos de puesta a tierra – NTC 2050, IEEE
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- Calcular número de electrodos para una resistencia de 10 Ω en suelo de 100 Ω·m, usando varillas de 2.4 m.
- ¿Cuántos electrodos de 3 m necesito para lograr 5 Ω en suelo de 50 Ω·m?
- Longitud mínima de varilla para obtener 25 Ω en suelo de 200 Ω·m, usando un solo electrodo.
- ¿Qué resistencia obtengo con 4 electrodos de 2.4 m en suelo de 150 Ω·m?
Tabla de valores comunes para la Calculadora del número y longitud de electrodos de puesta a tierra – NTC 2050, IEEE
| Resistividad del Suelo (Ω·m) | Longitud de Electrodo (m) | Diámetro de Electrodo (mm) | Número de Electrodos | Resistencia Objetivo (Ω) | Resistencia Estimada (Ω) | Norma Aplicable |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 2.4 | 16 | 1 | 25 | 13.2 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 100 | 2.4 | 16 | 1 | 25 | 26.4 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 100 | 3.0 | 19 | 1 | 10 | 20.5 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 150 | 2.4 | 16 | 2 | 25 | 19.8 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 200 | 3.0 | 19 | 2 | 10 | 13.7 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 300 | 2.4 | 16 | 3 | 5 | 8.8 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 100 | 1.5 | 16 | 2 | 25 | 35.2 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 50 | 3.0 | 19 | 1 | 10 | 8.5 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 200 | 2.4 | 16 | 2 | 25 | 26.4 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 150 | 3.0 | 19 | 2 | 10 | 13.7 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 100 | 2.4 | 16 | 2 | 10 | 13.2 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 300 | 3.0 | 19 | 3 | 5 | 13.2 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 50 | 1.5 | 16 | 1 | 25 | 22.0 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 200 | 1.5 | 16 | 2 | 25 | 44.0 | NTC 2050 / IEEE 80 |
| 100 | 3.0 | 19 | 2 | 10 | 10.2 | NTC 2050 / IEEE 80 |
Fórmulas para la Calculadora del número y longitud de electrodos de puesta a tierra – NTC 2050, IEEE
El cálculo de la resistencia de puesta a tierra de un electrodo vertical (varilla) se basa en la resistividad del suelo, la longitud y el diámetro del electrodo. Las fórmulas más utilizadas, según IEEE Std 80 y NTC 2050, son:
R = (ρ / (2 * π * L)) * ln(4 * L / d)
- R: Resistencia de puesta a tierra (Ω)
- ρ: Resistividad del suelo (Ω·m)
- L: Longitud del electrodo (m)
- d: Diámetro del electrodo (m)
- ln: Logaritmo natural
Para varios electrodos en paralelo, separados al menos el doble de su longitud, la resistencia total se calcula como:
R_total = R_individual / n
- R_total: Resistencia total del sistema (Ω)
- R_individual: Resistencia de un solo electrodo (Ω)
- n: Número de electrodos
Si los electrodos están más cerca, se debe considerar el factor de reducción por acoplamiento mutuo (S), según IEEE Std 80:
R_total = R_individual / (n * S)
- S: Factor de reducción (0.6 a 0.9, depende de la separación)
Para determinar la longitud necesaria de un electrodo para una resistencia objetivo:
L = (ρ / (2 * π * R_obj)) * ln(4 * L / d)
- R_obj: Resistencia objetivo (Ω)
Variables y valores comunes:
- ρ (Resistividad del suelo): 50 a 300 Ω·m (puede variar mucho según el tipo de suelo)
- L (Longitud del electrodo): 1.5 m, 2.4 m, 3.0 m (valores típicos comerciales)
- d (Diámetro del electrodo): 16 mm (5/8″), 19 mm (3/4″)
- n (Número de electrodos): 1 a 4 (más si la resistencia del suelo es alta)
- S (Factor de reducción): 0.6 a 0.9 (según separación entre electrodos)
La NTC 2050 y la IEEE 80 recomiendan que la resistencia de puesta a tierra no supere los 25 Ω para sistemas generales y 5 Ω para subestaciones críticas.
Ejemplos de aplicación real de la Calculadora del número y longitud de electrodos de puesta a tierra – NTC 2050, IEEE
Ejemplo 1: Cálculo del número de electrodos para una resistencia objetivo
Suponga una instalación industrial en suelo de resistividad 100 Ω·m. Se dispone de varillas de cobre de 2.4 m de longitud y 16 mm de diámetro. Se requiere una resistencia de puesta a tierra menor a 10 Ω.
- ρ = 100 Ω·m
- L = 2.4 m
- d = 0.016 m
- R_obj = 10 Ω
Primero, calcule la resistencia de una sola varilla:
Calculando paso a paso:
- 2 * π * 2.4 = 15.08
- 4 * 2.4 / 0.016 = 600
- ln(600) ≈ 6.3969
- 100 / 15.08 = 6.63
- R = 6.63 * 6.3969 = 42.4 Ω
Para alcanzar 10 Ω, se requieren varios electrodos. Si se instalan en paralelo y suficientemente separados:
- n = R_individual / R_obj = 42.4 / 10 = 4.24
Se requieren al menos 5 electrodos de 2.4 m, separados al menos 4.8 m entre sí, para cumplir la norma.
Ejemplo 2: Longitud mínima de electrodo para una resistencia específica
En una zona rural, la resistividad del suelo es de 200 Ω·m. Se desea instalar un solo electrodo y lograr una resistencia de 25 Ω. El diámetro de la varilla es de 19 mm.
- ρ = 200 Ω·m
- R_obj = 25 Ω
- d = 0.019 m
La fórmula a despejar es:
Este cálculo requiere iteración, pero se puede estimar:
- Suponga L = 3 m
- 2 * π * 3 = 18.85
- 4 * 3 / 0.019 = 631.6
- ln(631.6) ≈ 6.45
- 200 / 18.85 = 10.61
- R = 10.61 * 6.45 = 68.4 Ω
No es suficiente. Pruebe con L = 8 m:
- 2 * π * 8 = 50.27
- 4 * 8 / 0.019 = 1684.2
- ln(1684.2) ≈ 7.43
- 200 / 50.27 = 3.98
- R = 3.98 * 7.43 = 29.6 Ω
Aproximadamente, se requiere una varilla de 9 m para lograr 25 Ω en este suelo, o bien instalar varios electrodos más cortos en paralelo.
Recomendaciones prácticas y consideraciones normativas
- La NTC 2050 exige que la resistencia de puesta a tierra no supere los 25 Ω para la mayoría de instalaciones.
- IEEE Std 80 recomienda valores menores a 5 Ω para subestaciones y sistemas críticos.
- La separación entre electrodos debe ser al menos el doble de su longitud para evitar acoplamiento excesivo.
- La resistividad del suelo debe medirse in situ, ya que varía significativamente con la humedad, temperatura y composición.
- El uso de electrodos de mayor diámetro tiene un efecto marginal en la reducción de la resistencia, siendo más efectivo aumentar la longitud o el número de electrodos.
- En suelos de alta resistividad, considere el uso de aditivos conductivos o sistemas de malla.
Para más información técnica y normativa, consulte los siguientes recursos de autoridad:
- IEEE Std 80: Guide for Safety in AC Substation Grounding
- NTC 2050: Código Eléctrico Colombiano
- NFPA 70: National Electrical Code
La correcta aplicación de la calculadora del número y longitud de electrodos de puesta a tierra – NTC 2050, IEEE, garantiza seguridad, cumplimiento y eficiencia en cualquier proyecto eléctrico.