Por qué escribí esta comparación

Llevo más de una década en el sector de la protección contra rayos y la puesta a tierra. Cada semana hablo con compradores internacionales (contratistas eléctricos, ingenieros de subestaciones, gestores de proyectos de telecomunicaciones) para decidir qué material especificar para las varillas de puesta a tierra. La primera pregunta siempre es sobre el coste inicial. Pero tras 12 años ayudando a clientes a conseguir desde varillas revestidas de cobre hasta materiales de soldadura exotérmica, la varilla con el precio de venta más bajo no siempre es la más económica a largo plazo.

Este artículo desglosa el costo real por medidor instalado para tres tipos de varillas de tierra: acero revestido de cobre (CCS), cobre puro y acero galvanizado en caliente, basándose en el costo del material, los factores de instalación, las tasas de corrosión y los datos de vida útil que recopilamos en SHIBANG. Si usted es un ingeniero que redacta especificaciones o un gerente de compras que compara presupuestos, esta es la información que necesita para tomar una decisión que se mantenga vigente durante toda la vida útil de su instalación.

Los tres materiales principales para las varillas de puesta a tierra: una visión general

1. Varilla de puesta a tierra de acero revestido de cobre (CCS).

Las varillas de acero revestidas de cobre constan de un núcleo de acero de bajo contenido de carbono de alta resistencia (contenido de carbono ~0,15%) con una capa de cobre unida mediante electroformación. La pureza del cobre es ≥99,95%, y el espesor estándar de la capa es ≥0,254 mm.Varilla de puesta a tierra de acero revestido de cobre de SHIBANGLa línea tiene diámetros que van desde 14,2 mm hasta 25 mm (5/8″ a 3/4″), longitudes desde 1,2 m hasta 3,0 m y una resistencia a la tracción ≥580 N/mm².

Todavía recuerdo estar de pie junto a nuestra línea de electroformado en la fábrica de SHIBANG, viendo cómo un lote de varillas CCS de 16 mm emergía del tanque de recubrimiento. El operador revisa cada varilla con unamedidor de espesor magnético— un dispositivo portátil que mide el espesor de la capa de cobre mediante la atracción magnética a través del mismo. Un lote fue detectado porque el medidor marcó 0,248 mm en la punta de accionamiento, apenas 6 micras por debajo de la especificación de 0,254 mm. Todo el lote fue devuelto para su reprocesamiento. Esta precisión es crucial cuando una varilla termina en arcilla costera al otro lado del mundo.

La capa de cobre proporcionaResistencia a la corrosión y conductividad del cobre puro en la superficie.El núcleo de acero proporciona resistencia mecánica para su hincado en suelos densos. La unión cobre-acero se comprueba doblando la varilla 90° con un radio de 100 mm sin que se produzcan fracturas ni delaminación. Su vida útil en suelos típicos supera los 50 años. Esta combinación es la razón por la que CCS es la especificación de puesta a tierra estándar a nivel mundial.

2. Varilla de tierra de cobre puro

Las varillas de cobre puro utilizan cobre T2 (≥99,95% de pureza).Varilla de tierra de cobre puro de SHIBANGEn la página, se ofrecen las mismas opciones de diámetro y longitud que en CCS. Sin embargo, el cobre es significativamente más caro que el acero por kilogramo. Una varilla de cobre macizo ofrece la menor resistencia para un diámetro determinado, con un excelente rendimiento frente a la corrosión en suelos agresivos. No obstante, el cobre puro es blando; clavarlo en suelo rocoso o compactado conlleva el riesgo de que el extremo se doble o se deforme, razón por la cual muchos contratistas realizan perforaciones piloto previas. Este trabajo adicional incrementa el ya elevado coste del material.

Un contratista de Manila me llamó una vez, frustrado porque las varillas galvanizadas de su torre de telecomunicaciones en la ladera se habían oxidado por completo tras solo cuatro años en suelo arcilloso costero. El reemplazo requería excavar alrededor de una base de hormigón en funcionamiento. Solo la mano de obra superaba el costo inicial de las varillas CCS. «Debería haber prestado atención a los datos sobre la corrosión por niebla salina que me mostraste», admitió. Esa llamada se me quedó grabada; por eso, primero pregunto a todos mis clientes sobre las condiciones del suelo.

3. Varilla de tierra de acero galvanizado por inmersión en caliente

Las varillas de acero galvanizado son de acero con bajo contenido de carbono con un recubrimiento de zinc aplicado mediante galvanizado por inmersión en caliente. La capa de zinc proporciona protección de sacrificio: se corroe primero, protegiendo el acero subyacente.Varilla de tierra galvanizada de SHIBANGDentro de la misma línea de productos, estas varillas comparten las mismas dimensiones, pero tienen el precio unitario más bajo entre las tres opciones.

El espesor del recubrimiento de zinc suele oscilar entre 55 y 85 µm. En suelos de pH neutro con buen drenaje, una varilla galvanizada puede durar entre 15 y 25 años. Pero en suelos ácidos (pH inferior a 5,5) o en ambientes salinos, la capa de zinc puede consumirse en 5 a 8 años, tras lo cual el núcleo de acero se corroe rápidamente. He visto varillas galvanizadas retiradas de proyectos costeros después de solo 6 años con el zinc completamente desaparecido. Nosotros pasamos cada lote por nuestrocámara de niebla salinaUna prueba con una concentración de NaCl del 5% durante un mínimo de 72 horas revela poros diminutos en el recubrimiento de zinc que ninguna inspección visual podría detectar.

Las varillas de acero galvanizado tienen aplicaciones legítimas. El anclaje temporal en la construcción, los proyectos de corta duración (vida útil de diseño de 5 a 10 años) y las zonas interiores secas con suelo de pH neutro son casos de uso razonables. Aconsejo a los compradores que no especifiquen acero galvanizado para instalaciones permanentes en zonas con precipitaciones anuales superiores a 800 mm, zonas costeras a menos de 15 km del agua salada o entornos industriales con exposición a productos químicos.varilla de tierra galvanizadaEs un producto sólido cuando la aplicación es la adecuada.

Costo de la varilla de tierra por medidor instalado: Las cifras

A continuación, se presenta una comparación de costos relativa basada en nuestros datos de exportación en SHIBANG y en los comentarios de instalación de clientes en el sudeste asiático, Oriente Medio, África y Sudamérica.

Conclusión principal:Las varillas CCS cuestan aproximadamente lo mismo por metro que el acero galvanizado si se tiene en cuenta el reemplazo cada 50 años, y además ahorran el trabajo de excavar para extraer las varillas corroídas. El cobre puro solo es recomendable cuando el propietario exige una vida útil sin mantenimiento superior a 60 años o cuando el suelo es demasiado agresivo incluso para el revestimiento CCS.

Desglose del costo de instalación por material

Acero revestido de cobre: ​​la elección equilibrada.

El revestimiento de cobre de 0,254 mm como mínimo proporciona una resistencia a la corrosión cercana a la del cobre puro durante las primeras décadas. El núcleo de acero le confiere la rigidez suficiente para su hincado directo sin perforación previa en la mayoría de los suelos. Los acopladores roscados permiten unir varias secciones para alcanzar profundidades de 6 m o más para subestaciones de alta tensión.varilla de tierra de acero revestida de cobreEl error de rectitud es ≤1 mm/m, lo cual es crítico al realizar hincados profundos, ya que una varilla doblada se desvía bajo tierra.

Realicé un seguimiento de proyectos donde se inspeccionaron varillas CCS después de 15 años en arcilla costera. El revestimiento de cobre permaneció intacto en más del 95 % de la superficie. Los rasguños localizados producidos por la conducción solo mostraron óxido superficial en el acero expuesto. La varilla seguía siendo totalmente funcional. Este rendimiento en condiciones reales es la razón por la que CCS representa el 80 % de nuestros pedidos de exportación, respaldado por la fabricación certificada ISO 9001:2008 en nuestra fábrica.

Cobre puro: cuando el costo del material es secundario a la vida útil.

Vendo menos varillas de cobre puro que CCS, pero los compradores que las eligen tienen razones específicas. Las plataformas marinas, las plantas desalinizadoras costeras y las instalaciones químicas suelen especificar cobre puro porque el período de mantenimiento es extremadamente corto: si una varilla falla durante su funcionamiento, el costo de detener la producción para reemplazarla es astronómico.

En una matriz de 3 varillas de 2,4 m cada una, elegir cobre puro en lugar de CCS añade un coste adicional que es insignificante para una subestación importante, pero más difícil de justificar para una pequeña torre de telecomunicaciones.varilla de tierra de cobre puroSe produce a partir de lingotes de cobre T2 con trazabilidad completa del material, y proporcionamos certificados de fábrica con cada envío de exportación. Cada varilla pasa por una inspección visual y dimensional antes del embalaje; insisto en esto porque un pedido de cobre puro es una inversión importante, y el comprador necesita saber exactamente qué está recibiendo, desde la primera hasta la última varilla.

Acero galvanizado: menor costo inicial, mayor costo a lo largo de su vida útil.

Quiero ser honesto sobre el acero galvanizado porque he visto demasiados proyectos donde la decisión inicial de ahorrar costos derivó en reparaciones costosas una década después. La tabla anterior asume un reemplazo en 50 años, pero el costo de reemplazo va más allá de la varilla en sí: excavación, re-hincado, reconexión y pruebas. En los mercados desarrollados, solo la mano de obra puede superar varias veces el costo de la varilla.varilla de tierra galvanizadaEs un producto sólido, pero solo si sabes que la aplicación es la adecuada.

Factores que modifican la ecuación de costos

Resistividad del suelo

La resistividad del suelo es la variable más importante.Norma IEEE 81-2012Proporciona métodos de medición. Una varilla en suelo de 100 Ω·m (franco típico) alcanza una resistencia mucho menor que la misma varilla en suelo de 1000 Ω·m (grava arenosa seca). Los materiales de menor conductividad, como el acero galvanizado, pueden requerir más varillas o una mayor profundidad de hincado para alcanzar el objetivo, lo que elimina cualquier ventaja en el costo inicial. Siempre solicito a mis clientes datos de resistividad del suelo antes de hacer una recomendación, ya que este parámetro por sí solo cambia por completo la opción óptima.

Condiciones de conducción

El suelo rocoso modifica la economía. Si el contratista debe realizar perforaciones previas, los costos de mano de obra aumentan para cualquier tipo de varilla. El cobre puro es el más afectado, ya que se dobla con mayor facilidad. En una ocasión, un contratista de Kenia me devolvió un envío tras intentar clavar varillas de cobre macizo de 20 mm en laterita, doblando tres varillas en los primeros 50 cm. Las varillas CCS resisten mucho mejor los impactos, ya que el núcleo de acero absorbe la energía del martillo sin deformarse plásticamente. Para suelos con un contenido rocoso significativo, recomendamos comenzar con una varilla CCS seccional equipada con una punta de hincado endurecida. Esto supone un pequeño recargo por varilla, pero evita el fallo de instalación más común que observamos en nuestros pedidos de exportación.

Requisitos del código

Los códigos eléctricos nacionales tratan los materiales de las varillas de tierra de manera diferente.NEC (NFPA 70)En EE. UU. se requiere una resistencia a tierra de 25 Ω o menos para una sola varilla. Las normas europeas según IEC 60364 especifican un espesor mínimo de cobre unido para la puesta a tierra permanente.Norma IEC 62561-2Cubre los requisitos para los electrodos de tierra en los sistemas de protección contra rayos. Es fundamental verificar los requisitos del código local, y ayudo a nuestros clientes a comprenderlos como parte del soporte preventa.

Cómo abordo la selección de la varilla de tierra para nuestros clientes

Cuando un nuevo cliente se pone en contacto conmigo para consultar sobre varillas de tierra, le hago tres preguntas:

1. ¿Qué tipo de suelo es y cuál es su resistividad?— Si carecen de un estudio, hago una estimación basada en datos geológicos regionales.
2. ¿Qué es la vida del diseño?— Las subestaciones y las torres de telecomunicaciones necesitan entre 30 y 50 años. Los emplazamientos temporales pueden necesitar solo entre 5 y 10 años.
3. ¿Es accesible el sistema de puesta a tierra?— Enterrado bajo hormigón es permanente; las varillas en un pozo accesible se pueden probar y reemplazar.

Basándome en sus respuestas, 8 de cada 10 veces lo recomiendo.varillas de puesta a tierra de acero revestido de cobrePara riesgos extremos de corrosión o una vida útil de diseño muy larga, recomiendovarillas de tierra de cobre puro. Varillas de acero galvanizadoEstán reservadas para instalaciones temporales o proyectos con presupuesto limitado en los que el propietario acepta el riesgo de reemplazo.

Además de la varilla, el sistema de puesta a tierra incluye acopladores, materiales de soldadura exotérmica, conductores de puesta a tierra y pinzas de prueba.Página de categoría de varilla de tierra y varilla de puesta a tierracubre estos. También he escrito sobreVarillas roscadas con revestimiento de cobre para aplicaciones de construcciónyBarras de acero de alta resistencia para sistemas de puesta a tierracomo recursos complementarios para ingenieros que diseñan soluciones completas de puesta a tierra.

Preguntas frecuentes