Especificaciones de electrodos de tierra (varillas)
Un electrodo de tierra, comúnmente llamado varilla de puesta a tierra, es un elemento metálico alargado que se hinca verticalmente en el suelo para proporcionar una trayectoria de baja resistencia hacia el terreno, indispensable para la seguridad eléctrica y la estabilidad de los sistemas de potencia. La norma más extendida en América, el National Electrical Code (NEC), exige que toda varilla tenga al menos 2,44 m (8 ft) de longitud en contacto con la tierra y un diámetro mínimo de 15,9 mm (5/8 in), salvo que se trate de un modelo listado.
Materiales y revestimientos
Sección titulada «Materiales y revestimientos»La varilla de tierra estándar se fabrica con un núcleo de acero al carbono recubierto por una capa de cobre aplicada mediante proceso electrolítico o por inmersión (cladding). El cobre proporciona alta conductividad, resistencia a la corrosión y una superficie que no se degrada fácilmente en contacto con el suelo, mientras que el acero le confiere la resistencia mecánica necesaria para soportar el golpeteo durante la instalación. También existen electrodos de acero inoxidable o de acero galvanizado en caliente para aplicaciones donde la presencia de cobre podría provocar corrosión galvánica con otras estructuras enterradas.
| Material | Conductividad eléctrica (% IACS) | Resistividad a 20 °C (Ω·mm²/m) | Peso específico aproximado (kg/dm³ / lb/in³) |
|---|---|---|---|
| Cobre (recubrimiento) | 97–101 | 0,0172 | 8,93 / 0,322 |
| Acero al carbono (núcleo) | 10–15 | 0,12–0,17 | 7,85 / 0,283 |
| Acero inoxidable 304 | 2,4–2,6 | 0,72 | 8,00 / 0,289 |
Dimensiones estándar
Sección titulada «Dimensiones estándar»Los calibres más comerciales responden a lo estipulado por el NEC y a prácticas consolidadas de instalación. La longitud de 2,44 m (8 ft) es la referencia mínima universal, y los diámetros habituales van de 15,9 mm (5/8 in) a 25,4 mm (1 in), seleccionados especialmente cuando se requiere mayor rigidez mecánica o una vida útil prolongada en terrenos agresivos.
| Diámetro nominal | Longitud típica | Peso aproximado por varilla | Área de la sección transversal |
|---|---|---|---|
| 15,9 mm / 5/8 in | 2,44 m / 8 ft | 3,8 kg / 8,4 lb | 198 mm² / 0,31 in² |
| 19,1 mm / 3/4 in | 2,44 m / 8 ft | 5,5 kg / 12,1 lb | 287 mm² / 0,44 in² |
| 25,4 mm / 1 in | 2,44 m / 8 ft | 9,7 kg / 21,4 lb | 506 mm² / 0,79 in² |
Propiedades eléctricas
Sección titulada «Propiedades eléctricas»La resistencia intrínseca del metal que compone la varilla es del orden de 0,0002 Ω para un electrodo típico de acero revestido de cobre de 2,44 m y 15,9 mm de diámetro, un valor despreciable frente a la resistencia de contacto con el terreno que domina el comportamiento global (típicamente entre 5 Ω y 500 Ω según la resistividad del suelo). Por esta razón, el factor determinante en el diseño de la puesta a tierra no es la resistencia del electrodo en sí, sino la resistividad del suelo y la geometría del sistema.
| Parámetro | Cobre sólido (equivalente en área) | Varilla cobrizada (acero+cobre) |
|---|---|---|
| Resistencia por metro lineal a 20 °C | 0,087 mΩ/m / 0,027 mΩ/ft | ∼0,15 mΩ/m / 0,046 mΩ/ft |
| Resistencia total de la varilla (2,44 m) | 0,00021 Ω | 0,00037 Ω |
| Inductancia aproximada | ∼1,5 μH | ∼1,5 μH |
Instalación y requisitos normativos
Sección titulada «Instalación y requisitos normativos»La normativa NEC 250.52(A)(5) y 250.53(A) establece que toda varilla debe quedar enterrada de forma que al menos 2,44 m (8 ft) de su longitud esté en contacto directo con el suelo. La parte superior debe quedar a ras o por debajo del nivel del terreno, o bien protegerse contra daños mecánicos si la conexión del conductor queda expuesta. Si se encuentra roca u obstáculo, se admite hincarla en un ángulo máximo de 45° respecto a la vertical o sepultarla horizontalmente en una zanja de al menos 762 mm (30 in) de profundidad.
- Electrodo suplementario: una sola varilla debe complementarse con otra igual o con un electrodo diferente vinculado conductor de puesta a tierra, a menos que se demuestre una resistencia a tierra ≤ 25 Ω.
- Separación entre electrodos: los electrodos de puesta a tierra deben estar a una distancia mínima de 1,83 m (6 ft) entre sí, y a la misma distancia de cualquier electrodo de un sistema de protección contra rayos.
- Conexión y conductor: el conductor de puesta a tierra que une las varillas debe ser de cobre cuando esté a menos de 457 mm (18 in) del suelo; su calibre no necesita superar 6 AWG cobre si es la única conexión directa a la varilla, y debe terminarse con conectores listados para enterramiento directo.
Mantenimiento
Sección titulada «Mantenimiento»La durabilidad de una varilla de tierra depende principalmente de la velocidad de corrosión del suelo. Las varillas con recubrimiento electrolítico de cobre de espesor ≥ 0,25 mm (0,01 in) ofrecen una vida útil superior a 30 años en la mayoría de los suelos, mientras que en terrenos muy ácidos o con presencia de sales pueden requerirse electrodos de acero inoxidable. Se recomienda inspeccionar visualmente las conexiones expuestas cada 3 años y medir la resistencia de puesta a tierra periódicamente, ya que un aumento significativo indica degradación del electrodo o cambios en la humedad del terreno.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es el diámetro mínimo exigido por el NEC para una varilla de tierra?
Sección titulada «¿Cuál es el diámetro mínimo exigido por el NEC para una varilla de tierra?»El NEC requiere un diámetro mínimo de 15,9 mm (5/8 in) para varillas no listadas. Si se usa un electrodo listado, el fabricante puede especificar otras dimensiones siempre que cumplan los ensayos correspondientes.
¿Se puede sustituir la segunda varilla por otro tipo de electrodo?
Sección titulada «¿Se puede sustituir la segunda varilla por otro tipo de electrodo?»Sí. La varilla suplementaria que exige el NEC puede reemplazarse por un electrodo de placa enterrada, un electrodo de concreto armado, un anillo de tierra o la tubería metálica subterránea de agua, siempre que se cumplan las dimensiones y condiciones de cada tipo.
¿Qué sucede si el suelo es muy rocoso y no se puede hincar la varilla verticalmente?
Sección titulada «¿Qué sucede si el suelo es muy rocoso y no se puede hincar la varilla verticalmente?»La norma permite inclinarla hasta 45° respecto a la vertical. Si aun así no se alcanzan los 2,44 m de contacto, se puede enterrar la varilla en una zanja horizontal de al menos 762 mm (30 in) de profundidad.
¿Influye el diámetro de la varilla en la resistencia a tierra?
Sección titulada «¿Influye el diámetro de la varilla en la resistencia a tierra?»El diámetro tiene un efecto insignificante sobre la resistencia de contacto con el suelo (inferior al 2 % al duplicar el diámetro en suelos homogéneos). Se eligen diámetros mayores solo para aumentar la rigidez mecánica en terrenos duros o para compensar la corrosión a lo largo de los años.
¿Se puede unir la varilla de tierra con tubería metálica de gas?
Sección titulada «¿Se puede unir la varilla de tierra con tubería metálica de gas?»No. El NEC prohíbe expresamente usar tuberías metálicas de gas como electrodos de puesta a tierra o como parte del sistema de electrodos, debido al riesgo de explosión por corrientes eléctricas vagabundas.
¿Qué mantenimiento necesita una varilla de tierra enterrada?
Sección titulada «¿Qué mantenimiento necesita una varilla de tierra enterrada?»La porción enterrada no requiere mantenimiento. Las conexiones superficiales deben revisarse periódicamente para detectar aflojamientos o corrosión. Se recomienda medir la resistencia del sistema cada uno a tres años; si sobrepasa los 25 Ω, conviene añadir electrodos adicionales o tratar el suelo con agentes mejoradores.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/copper-wire-d_1429.html
- electrical4u.com: https://www.electrical4u.com/grounding-conductor/
- mikeholt.com: https://www.mikeholt.com/newsletters.php?action=display&letterID=2291