Modelo y análisis de sistemas de puesta a tierra en suelos no homogéneos utilizando método de elementos finitos

Abstract

La presente memoria aborda el estudio de sistemas de puesta a tierra mediante modelación basada en el método de elementos finitos, con énfasis en el análisis de variables eléctricas críticas, tales como la resistividad del terreno, determinada a través del método de Wenner, la resistencia de puesta a tierra y las tensiones de contacto y de paso. Estas variables resultan fundamentales en el diseño, construcción y operación de instalaciones eléctricas, ya que garantizan la seguridad tanto de los equipos como del personal operativo. El estudio surge de la necesidad de cuantificar las diferencias existentes entre la representación simplificada de un terreno estratificado de doble capa, comúnmente utilizada en la práctica ingenieril, y el comportamiento de configuraciones de suelo más complejas que se aproximan de mejor manera a un terreno real. En una primera etapa, se desarrolla el marco teórico que sustenta el análisis, incluyendo la formulación matemática del problema y la descripción de los métodos de medición aplicables a las variables de interés. Posteriormente, se valida el entorno de simulación en COMSOL Multiphysics mediante la comparación de los resultados obtenidos para un electrodo de puesta a tierra con antecedentes teóricos y resultados reportados en la literatura técnica, verificándose la consistencia y confiabilidad del software. A continuación, se realiza un análisis de sensibilidad de los parámetros geométricos del dominio de estudio, con el objetivo de definir dimensiones de terreno adecuadas que permitan reducir el tiempo computacional sin afectar significativamente la precisión de los resultados. Finalmente, se definen cuatro configuraciones de terreno: un modelo de tres capas horizontales, un modelo con capas inclinadas, un modelo con capas inclinadas con distintos ángulos y un modelo con inclusión de roca incrustada. Para cada configuración se analizan seis casos de estudio y, para las últimas dos configuraciones, dos casos de estudio, totalizando(...).