Tomas de tierra

2.11 Tomas de tierra

Introducción al apartado

Dentro del proceso de montaje y puesta en marcha de redes eléctricas de baja tensión, la correcta implementación de las tomas de tierra constituye un elemento fundamental para garantizar la seguridad, la protección de las personas y la integridad de los equipos eléctricos. La toma de tierra es un sistema que permite derivar a tierra las corrientes no deseadas, como las provocadas por fallos o descargas atmosféricas, minimizando así riesgos de electrocución y daños en la instalación.

Este apartado se inserta en el contexto del montaje de redes eléctricas, donde se abordan aspectos técnicos, normativos y prácticos relacionados con la correcta ejecución y verificación de las tomas de tierra. La importancia radica en que una correcta toma de tierra no solo cumple con la normativa vigente, sino que también optimiza el funcionamiento del sistema eléctrico, asegura la protección contra sobretensiones y facilita el cumplimiento de los requisitos de seguridad establecidos por las normativas nacionales e internacionales.

Los objetivos específicos en este apartado incluyen comprender los conceptos básicos y las funciones de las tomas de tierra, conocer los tipos existentes y sus aplicaciones, así como aprender a diseñar, instalar, verificar y mantener estos sistemas en diferentes escenarios. La correcta ejecución y supervisión de las tomas de tierra es esencial para garantizar una red eléctrica segura, eficiente y conforme a los estándares profesionales.

Marco teórico y fundamentos

Definiciones y conceptos clave

Las tomás de tierra, también conocidas como sistemas de puesta a tierra, son instalaciones que conectan partes metálicas conductoras con el suelo mediante un conductor o elemento conductor. Su función principal es proporcionar un camino seguro para que las corrientes eléctricas no deseadas puedan disiparse hacia la Tierra en caso de fallos o perturbaciones.

Entre los conceptos fundamentales relacionados con las tomas de tierra se encuentran:

• Punto de toma de tierra: Es el punto donde se realiza la conexión a tierra en la instalación eléctrica.
• Electrodo o masa de tierra: Es el elemento metálico enterrado en el suelo que actúa como conductor hacia tierra.
• Resistencia de puesta a tierra: Valor que indica la capacidad del sistema para disipar corrientes hacia la Tierra; debe ser lo más bajo posible para garantizar una protección efectiva.
• Sistema TN, TT, IT: Tipos de sistemas de puesta a tierra utilizados según la configuración del sistema eléctrico.

Teorías y principios

El fundamento técnico que sustenta la función de las tomas de tierra radica en los principios eléctricos básicos: ley de Ohm y ley de Kirchhoff. La resistencia eléctrica del suelo y el conductor determina cómo se disiparán las corrientes no deseadas. La resistencia total del sistema de puesta a tierra debe mantenerse por debajo del valor límite establecido por normativa para garantizar una caída de tensión mínima durante fallos.

La ley de Ohm establece que I = V/R, donde:

• I: Corriente que fluye hacia tierra durante un fallo.
• V: Diferencia de potencial entre la parte metálica conectada a tierra y el suelo.
• R: Resistencia total del sistema (incluyendo electrodo, conductores y suelo).

Por tanto, reducir R mediante una adecuada elección del electrodo y materiales, así como mejorar las condiciones del suelo (humedad, conductividad), resulta esencial para una toma eficaz.

Desarrollo teórico

La correcta implementación de una toma de tierra requiere considerar varios aspectos técnicos:

• Cálculo de resistencia: Se realiza mediante ensayos in situ (por ejemplo, método fall-of-potential) para verificar si cumple con los límites establecidos por normativa (generalmente < 10 Ω). Si no es así, se deben adoptar medidas correctivas como aumentar el número o tamaño del electrodo o mejorar las condiciones del suelo.
• Materiales utilizados: Los electrodos pueden ser varillas metálicas (cobre, acero galvanizado), mallas o placas metálicas enterradas. El cobre es preferido por su alta conductividad y resistencia a la corrosión.
• Sistemas complementarios: En algunos casos se emplean sistemas adicionales como mallas enterradas, electrodos verticales o horizontales para reducir aún más la resistencia.
• Mantenimiento preventivo: Incluye inspecciones periódicas para detectar corrosión, conexiones flojas o alteraciones en la resistencia.

El diseño correcto implica determinar la cantidad y disposición óptima del electrodo considerando características del terreno (humedad, composición), cargas eléctricas presentes y normativa aplicable. Además, debe asegurarse que todas las partes metálicas accesibles estén conectadas a este sistema para evitar potenciales peligros.

Relaciones y contexto con otros conceptos del curso

Las tomas de tierra están estrechamente relacionadas con otros elementos críticos en la seguridad eléctrica:

• Sistemas de protección contra sobretensiones: La puesta a tierra dispersa sobretensiones atmosféricas o inducidas para evitar daños en equipos.
• Sistemas equipotenciales: La unión equipotencial garantiza que diferentes partes metálicas tengan el mismo potencial eléctrico, minimizando riesgos durante fallos.
• Aterrizaje en sistemas TN y TT: La configuración del sistema influye en cómo se diseña e implementa la toma a tierra; por ejemplo, en sistemas TT se requiere una toma independiente para cada instalación.
• Mantenimiento preventivo y revisión normativa: La normativa vigente especifica requisitos mínimos para resistencia, materiales y procedimientos para asegurar la eficacia del sistema.

Ejemplos aplicados

Ejemplo 1: Instalación básica en una vivienda unifamiliar

Supongamos que se realiza el montaje eléctrico en una vivienda unifamiliar ubicada en un terreno con buena conductividad (suelo húmedo). El diseño incluye una toma de tierra con un electrodo tipo varilla de cobre galvanizado de 2 metros enterrada verticalmente. Antes del montaje, se realiza un ensayo in situ utilizando un método fall-of-potential para verificar que la resistencia sea inferior a 10 Ω. Tras comprobarse esto, se conecta todas las partes metálicas accesibles (cajas eléctricas, conductores) a través del conductor equipotencial al electrodo. Se documenta todo en el informe técnico correspondiente.

Ejemplo 2: Sistema en una subestación industrial con suelo seco

En una subestación ubicada en un terreno seco con baja conductividad eléctrica natural, se requiere un sistema avanzado: múltiples electrodos horizontales distribuidos estratégicamente bajo la estructura. Se emplean electrodos tipo malla metálica enterrada junto con varillas verticales adicionales. Debido a las condiciones adversas del suelo, se realizan ensayos periódicos para verificar resistencia inferior a 5 Ω. Además, se utilizan aditivos conductores en el suelo para mejorar su conductividad. El mantenimiento incluye inspecciones visuales y mediciones semestrales para garantizar su eficiencia continua.

Ejemplo 3: Instalación en zona sísmica o volcánica activa

En regiones geológicamente inestables o volcánicamente activas, las propiedades del suelo pueden variar drásticamente con el tiempo. En estos casos, además del diseño estándar, se recomienda implementar sistemas redundantes con electrodos adicionales interconectados mediante mallas metálicas extendidas. Se utilizan ensayos frecuentes post-evento sísmico o volcánico para detectar posibles aumentos en la resistencia. La protección adicional puede incluir dispositivos automáticos que desconecten cargas ante fallos detectados por anomalías en los parámetros eléctricos medidos.

Ejemplo 4: Comparativa entre diferentes escenarios geográficos y técnicos

Comparando dos instalaciones similares —una en zona húmeda con suelo arcilloso y otra en zona seca con arena— podemos observar cómo influye el tipo de terreno en el diseño. En el primero, basta con una varilla sencilla; mientras que en el segundo será necesario utilizar múltiples electrodos horizontales e incluso aditivos conductores. La resistencia medida será significativamente menor en terrenos húmedos (< 10 Ω) sin necesidad de sistemas complejos; sin embargo, en terrenos secos puede ser necesario implementar soluciones más elaboradas para cumplir con los estándares (< 5 Ω).

Análisis y consideraciones especiales

Es crucial tener presente que una toma de tierra mal diseñada o deteriorada puede comprometer toda la seguridad eléctrica. Entre los errores comunes destacan:

• No realizar ensayos previos adecuados: Sin mediciones iniciales precisas no se puede asegurar que la resistencia cumple con los requisitos normativos.
• No considerar las condiciones específicas del terreno: Ignorar factores como humedad variable o composición geológica puede llevar a resultados ineficaces.
• Mala conexión o soldaduras deficientes: Las conexiones flojas o mal realizadas aumentan la resistencia local y reducen la eficacia global del sistema.
• No realizar mantenimiento periódico: La corrosión o deterioro puede incrementar progresivamente la resistencia hasta niveles peligrosos.

Para evitar estos errores es recomendable seguir procedimientos estandarizados certificados por normativas nacionales e internacionales (por ejemplo, IEC 60364). Además, incorporar técnicas modernas como mediciones digitales continuas permite detectar anomalías tempranas y actuar preventivamente.

Síntesis y conceptos clave

• Toma de tierra: Sistema conductor que conecta partes metálicas accesibles al suelo para disipar corrientes no deseadas.
• Punto crítico: Resistencia total inferior a los límites establecidos por normativa (generalmente < 10 Ω).
• Electrodo: Elemento metálico enterrado (varilla, malla) encargado de conducir hacia tierra las corrientes dispuestas a disiparse.
• Cálculo e inspección: Ensayos in situ periódicos garantizan el cumplimiento normativo y eficiencia del sistema.
• Mantenimiento: Inspecciones visuales y mediciones regulares previenen deterioros que puedan comprometer la seguridad eléctrica.
• Sistemas complementarios: Uso combinado de electrodos horizontales/verticales para mejorar conductividad cuando sea necesario.