La seguridad eléctrica en salas técnicas depende de un sistema de tierras equipotenciales correctamente calculado y ejecutado. La “Calculadora del sistema de tierras equipotenciales para salas eléctricas – NTC 2050, IEEE” permite determinar parámetros críticos para la protección de personas y equipos.
Este artículo explica cómo realizar el cálculo, qué variables intervienen y cómo aplicar la normativa NTC 2050 e IEEE. Encontrarás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora inteligente para optimizar tu diseño.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora del sistema de tierras equipotenciales para salas eléctricas – NTC 2050, IEEE
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- Calcular resistencia de puesta a tierra para una sala eléctrica de 50 m² con suelo de resistividad 100 Ω·m.
- Determinar el número de electrodos necesarios para lograr 5 Ω en una subestación de 30 m².
- Evaluar la tensión de paso y contacto en una sala con malla de cobre de 8 mm y resistividad 80 Ω·m.
- Dimensionar la malla equipotencial para una sala de control de 20 m² según NTC 2050 e IEEE 80.
Tablas de valores comunes para la Calculadora del sistema de tierras equipotenciales para salas eléctricas – NTC 2050, IEEE
| Parámetro | Valor típico | Unidad | Descripción | Norma de referencia |
|---|---|---|---|---|
| Resistencia máxima de puesta a tierra | 5 | Ω | Valor recomendado para subestaciones y salas eléctricas | NTC 2050, IEEE 80 |
| Resistividad del suelo | 50 – 500 | Ω·m | Varía según tipo de suelo (arcilla, arena, grava, etc.) | IEEE 81 |
| Diámetro típico de conductor de malla | 8.0 | mm | Cobre desnudo para mallas equipotenciales | NTC 2050, IEEE 80 |
| Separación entre conductores de malla | 1.0 – 3.0 | m | Depende del nivel de protección requerido | IEEE 80 |
| Profundidad de enterramiento | 0.5 – 1.0 | m | Profundidad típica para mallas de tierra | IEEE 80 |
| Tensión máxima de paso | 50 | V | Límite de seguridad para personas | NTC 2050, IEEE 80 |
| Tensión máxima de contacto | 40 | V | Límite de seguridad para personas | NTC 2050, IEEE 80 |
| Longitud típica de varilla de tierra | 2.4 | m | Varilla de cobre o acero cobreado | NTC 2050 |
| Corriente de falla máxima | 5,000 – 20,000 | A | Depende de la capacidad de la subestación | IEEE 80 |
| Tiempo de despeje de falla | 0.1 – 1.0 | s | Tiempo típico de operación de protecciones | IEEE 80 |
La tabla anterior resume los valores más comunes y recomendados para el diseño de sistemas de tierras equipotenciales en salas eléctricas, según las normativas NTC 2050 e IEEE 80/81. Estos valores sirven como referencia inicial para el cálculo y dimensionamiento de los sistemas de puesta a tierra y equipotencialidad.
Fórmulas para la Calculadora del sistema de tierras equipotenciales para salas eléctricas – NTC 2050, IEEE
El cálculo de sistemas de tierras equipotenciales requiere la aplicación de varias fórmulas fundamentales, basadas en la resistividad del suelo, geometría de la malla, corriente de falla y parámetros de seguridad. A continuación, se presentan las fórmulas más relevantes, explicando cada variable y sus valores típicos.
1. Resistencia de puesta a tierra de una malla rectangular
- Rmalla: Resistencia de la malla de tierra (Ω)
- ρ: Resistividad del suelo (Ω·m), típicamente entre 50 y 500 Ω·m
- a: Longitud del lado mayor de la malla (m)
- d: Diámetro del conductor de la malla (m), por ejemplo, 0.008 m (8 mm)
Esta fórmula es una aproximación válida para mallas rectangulares enterradas a poca profundidad, utilizada en la mayoría de las salas eléctricas.
2. Resistencia de puesta a tierra de una varilla vertical
- Rvarilla: Resistencia de la varilla de tierra (Ω)
- ρ: Resistividad del suelo (Ω·m)
- L: Longitud de la varilla (m), típicamente 2.4 m
- d: Diámetro de la varilla (m), por ejemplo, 0.016 m (5/8″)
La resistencia total de varias varillas conectadas en paralelo se calcula considerando el efecto de acoplamiento entre ellas.
3. Tensión de paso y contacto
Vcontacto = Ifalla × Rcontacto
- Vpaso: Tensión de paso (V)
- Vcontacto: Tensión de contacto (V)
- Ifalla: Corriente de falla a tierra (A), típicamente 5,000 – 20,000 A
- Rpaso: Resistencia del trayecto de paso (Ω)
- Rcontacto: Resistencia del trayecto de contacto (Ω)
Los valores máximos permitidos para Vpaso y Vcontacto están definidos en la NTC 2050 e IEEE 80, generalmente 50 V y 40 V respectivamente.
4. Corriente máxima soportada por el conductor de tierra
- S: Sección mínima del conductor (mm²)
- I: Corriente de falla (A)
- t: Tiempo de despeje de la falla (s)
- k: Constante del material (para cobre, k ≈ 115)
Esta fórmula asegura que el conductor de tierra soporte la corriente de falla sin sobrecalentarse.
5. Número de varillas necesarias para alcanzar una resistencia objetivo
- N: Número de varillas requeridas
- Rvarilla: Resistencia de una varilla (Ω)
- Robjetivo: Resistencia de puesta a tierra deseada (Ω), típicamente ≤ 5 Ω
El valor real puede ser mayor debido al acoplamiento entre varillas; se recomienda aplicar un factor de corrección (por ejemplo, 1.2 – 1.5).
Ejemplos de aplicación real de la Calculadora del sistema de tierras equipotenciales para salas eléctricas – NTC 2050, IEEE
Ejemplo 1: Cálculo de la resistencia de puesta a tierra para una sala eléctrica de 50 m²
Supongamos una sala eléctrica de 10 m x 5 m (50 m²), con suelo de resistividad 100 Ω·m. Se instalará una malla rectangular de cobre de 8 mm de diámetro, enterrada a 0.6 m de profundidad.
- Lado mayor de la malla, a = 10 m
- Diámetro del conductor, d = 0.008 m
- Resistividad del suelo, ρ = 100 Ω·m
Aplicando la fórmula:
Calculando:
- 4 × 10 = 40
- 2 × 10 / 0.008 = 2500
- ln(2500) ≈ 7.824
- 7.824 + 0.5 = 8.324
- 100 / 40 = 2.5
- 2.5 × 8.324 = 20.81 Ω
La resistencia de la malla es aproximadamente 20.8 Ω. Para alcanzar el objetivo de ≤ 5 Ω, se deben agregar varillas verticales o aumentar el área de la malla.
Ejemplo 2: Dimensionamiento de la malla equipotencial y verificación de tensiones de paso y contacto
En una sala de control de 20 m² (5 m x 4 m), con una corriente de falla máxima de 8,000 A y tiempo de despeje de 0.2 s, se requiere verificar la seguridad de tensiones de paso y contacto.
- Resistividad del suelo, ρ = 80 Ω·m
- Diámetro del conductor, d = 0.008 m
- Lado mayor de la malla, a = 5 m
- Ifalla = 8,000 A
- t = 0.2 s
Primero, calculamos la resistencia de la malla:
- 4 × 5 = 20
- 2 × 5 / 0.008 = 1250
- ln(1250) ≈ 7.131
- 7.131 + 0.5 = 7.631
- 80 / 20 = 4
- 4 × 7.631 = 30.52 Ω
La resistencia de la malla es 30.5 Ω. Si la corriente de falla se distribuye uniformemente, la tensión de contacto sería:
Este valor está por debajo del límite de 40 V, cumpliendo la normativa. Si la resistencia fuera mayor, se requeriría aumentar la malla o agregar varillas.
Consideraciones adicionales y recomendaciones prácticas
- Siempre medir la resistividad del suelo en sitio, ya que puede variar significativamente.
- Utilizar conductores de cobre desnudo para garantizar la durabilidad y conductividad de la malla.
- Verificar la continuidad eléctrica entre todos los elementos metálicos de la sala.
- Realizar pruebas periódicas de resistencia de puesta a tierra y mantenimiento preventivo.
- Consultar siempre las últimas versiones de las normas IEEE y NTC 2050.
El diseño y cálculo del sistema de tierras equipotenciales es fundamental para la seguridad eléctrica en salas técnicas. Utilizar herramientas como la “Calculadora del sistema de tierras equipotenciales para salas eléctricas – NTC 2050, IEEE” garantiza el cumplimiento normativo y la protección de personas y equipos.
Para proyectos complejos, se recomienda el uso de software especializado y la asesoría de ingenieros certificados en sistemas de puesta a tierra.