CAPITULO II

INTERCONEXIONES ENTRE CENTRALES

DISEÑO DE PUESTA A TIERRA

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

2.1.- DEFINICIÓN DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Sistema conectado intencionalmente a tierra a través de una conexión de baja impedancia

y teniendo la capacidad suficiente de transportar corriente para impedir la formación de

tensiones que puedan ocasionar un peligro a personas ó a equipos, y disminuir los ruidos

por inducción.

2.2.- IMPORTANCIA DE LA PUESTA A TIERRA:

Facilita la operación de protectores en los circuitos de comunicaciones y/o

telefónicos.

Facilita la operación de aparatos de protección en las líneas de energía eléctrica.

Ayuda a disipar corrientes o descargas eléctricas presentes y no deseables.

Provee de una referencia a tierra para la operación de los equipos y/o sistemas.

Controla la diferencia de potencial minimizando los choques eléctricos a

personas.

Reduce el ruido en los sistemas de comunicaciones y de computación al

permitir rutas de baja impedancia a tierra.

Alarga la vida de los equipos y sistemas de comunicaciones y de computación.

Protege los equipos de daños o incendios, porque desvía las corrientes de fallas o

rayos y descargas eléctricas hacia la tierra, a través de la conexión de baja impedancia.

Para el caso de un electrodo (Sistema de Electrodos), la resistencia viene definida

por tres partes:

A) La resistencia eléctrica del propio electrodo (Sistema de Electrodo) y conexiones. Esta

resistencia es generalmente baja.

B) La resistencia de contacto entre la superficie del electrodo (Sistema de Electrodos) y el

suelo adyacente. Esta resistencia es generalmente baja y solo bajo la condición de un

electrodo (Sistema de Electrodos) flojo(s), puede incrementarse considerablemente.

C) La resistencia propia del terreno que rodea el electrodo (Sistema de Electrodos).Esta

resistencia se conoce como ‘resistencia de difusión’ del sistema de puesta a tierra. Es el

valor más importante en la determinación del valor resistivo de un sistema de tierra. El

volumen de terreno que realmente contribuye en la fijación de la resistencia de difusión es

muy limitado y se trata del que se encuentra el las proximidades del electrodo (Sistema de

Electrodos). Este volumen, además de depender del tamaño y forma del electrodo,

dependerá también de la naturaleza del terreno. Para una barra de 2,4 metros, toda la

resistencia está contenida en su radio de 2,4 metros.

2.3.-REQUERIMIENTOS DE RESISTENCIA.

R < 2 ohmio. Para centrales electrónicas (digitales) y estaciones repetidoras (radios y

torres).

R<3 ohmio. para centrales semielectrónicas (electromecánicas), casetas, etc.

R<5 ohmio. Para montajes tipo pedestal en ubicaciones rurales de radio, Telefonía Rural,

Ollas Regeneradoras (cable PCM de 20”, 40”, 60”, 80” ó 100”, donde ” significa pares).

R< 5 ohmio. Para VSAT (Verry Small Aperture Terminal).

R<25.ohmio. Para F.X.B. (Feed Exchange Box), ADS (Armario de Distribución

Secundario), ADP(Armario de Distribución Principal), Mangas de Cables de Planta

Externa y de Fibra Óptica.

61

R< 10 ohmio. Para DLC (Digital Loop Carrier).

R<25 ohmio. Para Teléfono Publico.

2.4.- IDENTIFICACIÓN DEL TAMAÑO Ó CALIBRE DE LOS CONDUCTORES.

Los conductores de puesta a tierra son las guías del 1 al 64 y se detallarán más

adelante.

Se identifican los tamaños por su sección correspondiente a números que van de

mayor a menor. Siempre va a existir la sección nominal (mm2) y luego el calibre (calibre

propiamente dicho) AWG/MCM:

AWG: 18,16,14,12,10,8,6,4,3,2,1,0 (1/0), 00(2/0), 000(3/0), 0000(4/0) y luego en

MCM :250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 750, 800, 900, 1000, 1250, 1500, 1750 y 2000.

CM: Se define como el área de la sección nominal ó normal de un conductor que posee una

milésima de pulgada de diámetro

Circular Mil:

MCM: Mil Circular Mil =1000 CM

Ejemplo 2.1.- Para una sección de 507 mm2. ¿Cuál es el valor en MCM?

Solución: 1000 MCM.

Ejemplo 2.2.- Para una sección nominal de 127mm2. ¿Cuál es el valor en MCM?

Solución: 250 MCM

2.5.- TIPOS DE AISLANTE PARA CABLES.

Termoplástico: Se usa para designar el compuesto sintético, cuyo elemento básico es el

cloruro de polivinilo (PVC) ó un copolímero de cloruro de vinilo y acetato de vinilo.

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TW: Termoplástico resistente a la humedad, se utiliza para instalaciones

en inmuebles. Resistencia de Aislación: M Ohms / Km. Es retardante de llama. Uso

permitido para T< 60º C.

THW: Termoplástico resistente al calor y a la humedad. Uso

permitido para T< 75º C. Se utiliza para instalaciones en

inmuebles. Es retardante de llama.

TF: Termoplástico resistente a la humedad y está diseñado

para soportar altas temperaturas que oscilan entre 90º C y 110º

C.

T: Termoplástico con T= 60º C, retardante de llama.

RH: Goma resistente al calor, T=75º C.

RHH: Goma resistente al calor,T=90º C

RHW: Goma resistente al calor,T=75º C y se usa para

tensiones mayores a 2000 voltios.

TTU: Polietileno, T=75º C y su uso es para acometidas

residenciales y redes subterráneas.

Existen otros aislantes como: AT, NM, SPT, SVT, HPT, RUH, RUW,

FEPB, ST, etc.

AWG: American Wire Gauge = Sistemas de calibres americanos

2.6.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA:

2.6.1- Sistema de Electrodo de Tierra.

A) Anillo de Tierra Rectangular con Barra (Cálculo Combinado): Entre barra y

barra debe existir, como mínimo, de separación una distancia igual a la longitud de la barra;

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por ejemplo si la barra mide 2,4 mts entonces entre barra y barra de haber 2,4 mts ó más,

como 3 mts, 5 mts,10 mts, etc., pero nunca menor a 2,4 mts. Debe existir desde la

superficie 80 cm de profundidad donde está la punta de la barra para medir el anillo. (Ver

Figura 2.1).

Superficie. Tanquilla

Alambre del Anillo. 80 cm.

2,4 mts 2,4 mts. 2,4 mts. 2,4 mts.

Barra Nº 4 Barra Nº 3 Barra Nº 2 Barra Nº 1

Figura 2.1 Anillo de Tierra Rectangular con Barra

FÓRMULAS

Anillo solo ó circuito rectangular aterrado.

(2.1)

Rw = Resistencia de alambre en ohms.

w = Resistividad del suelo en la profundidad del alambre en ohms-metro.

Lw = Perímetro del anillo, del circuito ó largo ó longitud del alambre en metros.

Aw = Radio del alambre en metros.

Sw = Profundidad del anillo de alambre en metros.

Barras solas ó asociadas a circuitos de aterramiento.

64

(2.2)

Rr = Resistencia de la barras solas asociadas

con un circuito aterrado.

r = Resistividad del suelo en la profundidad de la barra en ohms-metros.

Lr = Largo ó longitud de la barra en metros.

Ar = Radio de la barra en metros.

Sr = Distancia entre barras en metros.

N = Número de sitios ó de localizaciones de barras

Resistencia mutua de circuito rectangular y barras.

(2.3)

Resistencia total ó combinada de alambre de anillo y barra.

(2.4)

B) Barra Vertical: Enterrada verticalmente con 2,4 mts de longitud de barra copperweld y

diámetro de 5/8 ó 3/4 pulgadas. Una pulgada = 2,54 cm = 0,0833 pies; (1pie = 12

pulgadas).

FÓRMULA: Para una sola barra y L>>a, TENEMOS:

(2.5)

65

R = Resistencia de la barra en ohms.

= Resistividad del suelo en ohms- metro.

L = Largo de la barra en metros

a = Radio de la barra en metros.

C) Pozo Taladrado.

FÓRMULA:

(2.6)

R = Resistencia calculada en ohms de la barra aterrada.

= Resistividad del suelo en ohms-metros

L = Largo del pozo en metros

a = Radio del pozo en metros.

D) Tuberías de Aguas Propias (Aguas Blancas): Deben ser metálicas y en contacto con

el suelo, no menor de 4 metros de profundidad. Se debe tomar antes del medidor ya que

éste constituye un aislante; caso contrario se debe unir con AWG Nº 4 (guía Nº 9).

E) Sistema de 2 Barras Verticales: Se utiliza para el neutro del Tablero Principal de AC y

unidas con cable de cobre desnudo Nº2.

FÓRMULA:

Para dos barras verticales aterradas en un sistema S<L

(2.7)

66

R = Resistencia de la barra en ohms.

L = Largo ó longitud de la barra en metros.

a = Radio de la barra en metros.

S = Espacio entre barras en metros.

Para S L:

(2.8)

F) Electrodos Aterrados ó de Tierra Paralelos: Se utilizan cuando la resistencia de un

solo electrodo es muy grande con respecto a la resistencia deseada. Pueden ser dos ó más

electrodos en paralelo.

FÓRMULA: Para d L y n<10

(2.9)

Rp = Resistencia a tierra en ohms.

n = Números de electrodos.

= Resistividad del suelo en ohms x metros.

L = Longitud del electrodo en metros.

A = Radio de la barra en metros.

d = Distancia entre electrodos en metros.

Para n 10, se utiliza la fórmula siguiente:

67

(2.10)

Donde y=1,781; E=2,718

G) Electrodos Profundos: La profundidad en los electrodos de aterramiento es un factor

importante en su comportamiento eléctrico, colocando los electrodos profundos, permiten

alcanzar el nivel del suelo donde haya suficiente humedad, la falla en conseguir esta

humedad produce alta resistencia y también ocasiona grandes variaciones, durante los

cambios de estaciones.

El suelo raramente tiene una resistencia uniforme a las diferentes temperaturas, usualmente

los primeros decímetros cerca de la superficie tienen una resistencia relativamente alta y

están sujetos a variaciones de humedad y secado debido a las lluvias, enterrándose

profundamente los electrodos, son muchos más estables y menos sujetos a estas

fluctuaciones.

Se deben usar electrodos con diámetro suficientemente grande para evitar que se doblen ó

se dañen al ser enterradas. Sin embargo hay pequeños cambios de resistencia como

resultado de utilizar electrodos de diámetros más grande. Lo que realmente determina la

resistencia, es la parte del suelo que esta en contacto directo con el electrodo y no el

diámetro del mismo.

H) Mallas de Tierra: Consisten en conductores desnudos enterrados formando cuadrados,

utilizados para igualar los potenciales en el área. Los cables son conectados eléctricamente

en toda intersección. Se pueden utilizar con ó sin barras de puesta a tierra. Es usada

típicamente en subestaciones eléctricas (torres de alta tensión).

Para postes se utiliza un electrodo de tierra ó barra vertical.

I) Rejillas de Tierra: (Ver Figura 2.2). Una malla de conductores horizontales desnudos, y

electrodos, que proveen un sistema de tierra común y un igualador de potencial para:

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Dispositivos eléctricos.

Estructura metálica.

FÓRMULA:

Para Rejilla Horizontal (tela metálica)

Figura 2.2 Rejilla Horizontal

(2.11)

R = Resistencia de la rejilla en ohms.

= Resistivad del suelo en ohms-metros.

D = Diámetro efectivo de la rejilla en metros.

A = Área de la rejilla en metros al cuadrado.

L = Largo total del cable de la rejilla en metros.

Para Rejilla Cuadrada con barras, La Fórmula es:

(2.12)

R= Resistencia de la rejilla en ohmio.

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= Resistividad del suelo en ohmio-metro.

L= Largo total de los conductores en metros.

A = Area de la rejilla en metros cuadrados.

H = Profundidad de la rejilla en metros.

n = Nº de barras.

l = Largo de una barra en metros.

J) Cabillas del Edificio: Se utiliza cuando están unidas entre sí. No se debe confiar en este

tipo de electrodo incidental ya que éste puede ser modificada en el futuro.

K) Aceros y/o Cables Encajonados en Concreto: El usar concreto ayuda a mejorar la

resistencia del aterramiento. El concreto es un medio semiconductor que se usa a menudo

para empotrar barras ó cables. Cuando se utiliza, el concreto, la resistencia se reduce más

que cuando se coloca un electrodo similar directamente en la tierra.

L) Barra Horizontal ó Alambre Enterrado Horizontalmente. (Ver Figura 2.3).

Figura 2.3 Barra Horizontal

FÓRMULA: Para D<<L

(2.13)

R = Resistencia de la barra ó del electrodo en ohms.

= Resistividad del suelo en ohms- metros

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L = Largo ó longitud de la barra ó alambre en metros.

a = Radio de la barra ó alambre en metros.

D = Profundidad de barra ó alambre en metros.

M) Anillo de Cable ó Alambre Aterrado ó Enterrado. (Ver Figura 2.4).

Figura 2.4 Anillo de Cable

FÓRMULA:

(2.14)

R = Resistencia de electrodo en ohmio.

= Resistividad del suelo en ohms- metro.

L = Largo ó longitud del cable ó alambre en metros.

A = Radio del cable ó alambre en metros.

r = Radio del anillo en metros.

d = Profundidad del anillo ó del alambre en metros.

N) Placa Redonda Horizontal Enterrada

FÓRMULA: Para S>>a

(2.15)

R = Resistencia del electrodo en ohms.

= Resistividad del suelo en ohms-metro.

71

a = Radio de la placa en metros.

S = Profundidad de la placa en metros.

Para el caso de que S<<a, tenemos la siguiente fórmula:

(2.16)

O) Aterrado de Estrella de tres puntos. (Ver Figura 2.5).

Figura 2.5 Aterrado de Estrella de Tres Puntos

FÓRMULA:

(2.17)

R = Resistencia de electrodo en ohms.

= Resistividad del suelo en ohms-metro

L = Largo de un brazo de la estrella en metros.

a = Radio del cable en metros.

D = Profundidad del cable en metros.

P) Aterrado en Estrella en cuatro puntos. (Ver Figura 2.6).

72

Figura 2.6 Aterrado de Estrella de Cuatro Puntos

FÓRMULA:

(2.18)

Aquí R, , L, a y D son iguales al anterior.

2.6.2) Barra Maestra de Puesta a Tierra (MGB): Es una barra de cobre para

distribución de tierras, colocada preferiblemente en la planta baja del edificio. Vienen en

dos tamaños:20 y 40 pulgadas de largo. Se pueden usar ambos lados de la barra. (Ver

Figura 2.7).

Toda central telefónica debe tener su MGB y su ubicación se determina aplicando los

factores siguientes:

Debe estar lo más cercana posible al Tablero Principal de la Central (servicio de

AC)

Debe estar lo más cercana posible a la Tubería de Agua Principal.

Debe estar lo más cercana posible al Distribuidor Principal de la Central (MDF),

de tal manera que pueda lograrse una unión común con el sistema.

Deberá evitarse ubicaciones adyacentes a los transformadores de potencia tipo

pedestal ó interruptores.

Debe estar lo más cerca posible del anillo (guía Nº 1)

Debe estar lo más cerca posible del cable de Planta Externa.

73

La MGB debe estar dividida ó zonificada para reducir los efectos de voltaje de las

corrientes traídas por las guías clasificadas como absorbedoras y están divididas cuando

están aisladas de la pared.

Productor: Equipo Productor de Ondas ó Grupo Productor de Tierras.

Productor Absorbedor, Equipo a tierra no aislado, Aislado

55 16 61 16A 15 18 10 20ª 40 60 64 54 38A 38 47 53A

21 56 23 23 23A 5 5 7 13 14 57A 31 14A 20 57 37A 37 41 41ª

Figura 2.7 Barra MGB

Absorbedor: Absorbedor de Tierras.

Equipo de Puesta a Tierra no aislado: Tierras no aisladas

Aislado: tierras aisladas separadamente.

2.6.3.- Barra de Tierra de Piso (FGB).

Es una barra de tierra de cobre. Sirve como punto de terminación principal de guías

del sistema de electrodo de puesta a tierra de cada piso.

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Para las conexiones de las diferentes guías de la FGB debe estar conformada al

igual que la MGB.

2.6.4.- Igualador ó Ecualizador Vertical (VE).

Es un conductor de 750 MCM. Conecta verticalmente las regletas de cada piso para

igualar los voltajes y para facilitar la interconexión de los Ecualizadores Horizontales.

Cada FGB está conectado a la MGB.

La guía Nº18: de VE a la regleta MGB ó a la regleta FGB.

Si el edificio es de una sola planta y todos los equipos de teléfonos (Conmutación,

Transmisión, Energía y Planta Externa) están en un mismo nivel no se requiere VE.

De piso a piso la guía Nº18 debe estar protegida por tubo PVC.

2.6.5.- Igualador ó Ecualizador Horizontal (HE).

Es un conductor de 750 MCM e iguala el potencial desde su aparición en el

MGB/FGB hasta el FGB (cuando es requerido en el mismo piso). Conecta las regletas de

un piso para igualar los voltajes y para facilitar la interconexión de los Ecualizadores

Verticales.

La guía Nº15: del HE a la regleta MGB ó a la regleta FGB

2.6.6.- Unión de Columnas de Acero.

Enlazar cada columna de acero a la siguiente mediante soldadura a

través de las juntas ó cables de cobre Nº2 AWG soldado

exotérmicamente a través de las juntas. La soldadura debe ser del tipo

Cadwell.

Enlazar la placa de nivelación, de la base de cada columna de acero, con cable de

cobre Nº2 AWG.

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2.6.7.- Piso Falso ó de Computadora.

El anillo de los pisos falsos es colocado alrededor del perímetro del piso falso. Lleva

conexión a la estructura metálica del piso cada 6 metros. Se utiliza cable Nº6 THW del

AWG.

La guía Nº14B es el anillo de los pisos falsos.

La guía Nº14A: de la regleta principal (MGB) ó de piso (FGB) a la guía 14B. Esta

guía conecta el anillo de tierra de los pisos falsos a la MGB ó FGB más cercana. Se utiliza

cable 2/0 THW de AWG.

Las guías 14A y 14B están dedicadas a evitar cualquier riesgo al personal mediante

la eliminación de cualquier carga estática y provee un paso para descarga eléctrica.

2.6.8.- Barra de Tierra Protectora del Cable de Entrada (ECPGB).

Es una barra de cobre colocada horizontalmente en el tope ó en el chasis principal

de distribución(MDF) y es la barra colectora ó protectora de tierra del MDF.

La guía Nº23: De la regleta principal (MGB) ó de piso (FGB) a la barra ECPGB.

Esta guía conecta la barra de cobre ECPGB del bastidor principal de distribución (MDF)

con la regleta MGB ó FGB. Cable Nº4 THW de AWG.

MDF: Gabinete Principal de Distribución o Distribuidor Principal de la central.

2.6.9.- Barra de Tierra de la Bóveda (FOSA) del Cable (CVGB).

La barra de tierra de la bóveda del cable es una barra de tierra de cobre localizada en

la bóveda del cable. Sirve para terminar las guías de cinta; puesta a tierra de todas las

pantallas de cables de todos los cables entrantes.

La guía Nº16: De la regleta MGB a la regleta CVGB. Esta guía conecta la regleta

CVGB a la regleta MGB. Cable 1/0 THW de AWG.

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La guía Nº16A: De la regleta CVGB a la fosa. Cable Nº 6 THW de AWG.

La guía Nº17: De la coraza ó cubierta metálica de los cables de Planta Externa a la

guía Nº16A. Cable Nº6 THW de AWG.

La guía Nº17A: De la coraza ó cubierta metálica de los cables de Planta Externa de

Fibra Optica a la guía 16A. Cable Nº6 THW de AWG.

Los cables de Planta Externa que llegan al Distribuido Principal son los siguientes:

CC (Cable Central: puede venir de un ADS ó un ADP),CD (Cable Directo) y CTK

(Cable Troncal).

2.7.- SELECCIÓN DE LOS CALIBRES Ó GUÍAS Nº4 Y 8 SEGÚN TABLA 5A.

Guía Nº4: Del neutro del tablero principal a tierra.

Guía Nº8: Del neutro del tablero principal a la tubería metálica del agua.

En la Figura 2.8 se observan algunas conexiones de MGB con guías y

transformador.

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MGB

Rojo

Amarillo

Negro

Blanco

Tablero de AC principal

Guía # 10

Guía # 8

Guía # 13

Tubería metálica de agua

R

S

T

Neutro

Secundario del transformador

Figura 2.8 Conexión de las Guías 8, 10 y 13 con MGB y Transformador.

Tabla 5A

Calibre del conductor de servicio Calibre de las guías 4 y 8

AC ó área equivalente, cuando son de cobre trenzado.

Múltiples conductores en cada fase.

El conductor de AC puede tener 5, 6, o 7 cables y cada cable puede

tener 6 o 7 hilos.

2.8.- SELECCIÓN DE LOS CALIBRES DE LOS CABLES DE PUESTA A TIERRA

PARA LAS GUÍAS 5,7,9,10 Y 13 SEGÚN LA TABLA 5.

Rango Calibre a utilizar

Nº2 AWG ó menor Nº8 AWG

Nº1 AWG Nº6 AWG

2/0 ó 3/0 AWG Nº4 AWG

3/0 hasta 350 MCM Nº2 AWG

350 MCM hasta 600 MCM Nº0 AWG

600 MCM hasta 1100 MCM Nº2/0 AWG

Sobre 1100 MCM Nº3/0 AWG

78

Sistema de dos barrasverticales d

d mínimo = 2,4m

Guía Nº5: De la regleta principal MGB a la guía Nº1 ó 1A. Cable Nº2 AWG (el número de

los cables depende del calibre del cable de AC en la acometida del tablero principal).

Guía Nº1: Electrodo exterior ó anillo. Es diseñado de acuerdo a la resistividad del

suelo. De preferencia un anillo que rodea al edificio ó estructura. Lo esencial es la

obtención del objetivo de resistencia.

Cable Nº2, cobre sólido desnudo.

Guía Nº7: De la MGB a la guía Nº2. Cable Nº2 AWG (el número de cables depende

del calibre del cable de AC en la acometida del tablero principal).

Guía Nº2: Pozos, fosas ó ánodos = tres tipos de electrodos de tierra. En la actualidad

se utiliza el pozo, el cual consiste en una tubería metálica de 10 ó más cm de diámetro

y una longitud determinada por la resistividad del suelo.

Guía Nº9: Puente a través del medidor de agua.

Guía Nº10: De MGB a la tubería de agua

Guía Nº13: De MGB al neutro del tablero principal.

TABLA 5

SELECCIÓN DE LOS CALIBRES: USE PARA LAS GUÍAS 9,10 Y 13 CABLES

DE COBRE AISLADO Y PARA LAS GUÍAS 5 Y 7 MÚLTIPLES CONDUCTORES DE

COBRE SÓLIDO Nº2 AWG DESNUDOS ESTAÑADOS.

ENTRADA AC.

Hasta 350 MCM:3/0 para las guía 9,10 y 13 y un conductor para las

guías 5 y 7.

Sobre 350 MCM hasta 1000 MCM:250 MCM para las guías 9,10 y 13 y dos

conductores para las guías 5 y 7.

79

Sobre 1000MCM hasta 2000MCM:350 MCM para las guías 9, 10 y 13 y tres

conductores (sí el conductor de AC es de 1000 hasta 1250 MCM) para las guías 5 y 7.

Sobre 2000 MCM:500 MCM para las guías 9, 10 y 13 y para las

guías 5 y 7 lo que se detalla a continuación.

A) Cálculo del conductor equivalente: Área en mm2 y multiplique cada área por el

número de conductores de fase y busque el valor en MCM del Código Eléctrico Nacional

(NEC).

B) Obtenga el 12,5 %(dividiendo por 8) del área de sección del conductor obtenida en a.

C) Divida el área obtenida en b por el área de sección del conductor Nº2 (34) para obtener

el número de ellos que deben instalarse.

Ejemplo 2.1.- Para 250 MCM y 3 conductores por fase. Calcular el calibre para las guías

4,8,5,7,9,10 y 13?

Solución: 250 =127 mm cuadrado y multiplicado por 3 = 381mm.

No se debe hacer 250 MCM multiplicado por 3 ya que ello da como resultado = 750 MCM.

381 mm cuadrado es igual a 800 MCM, luego tenemos(tabla 8):

Guías 4 y 8:2/0 AWG, de cobre trenzado.

Guías 9,10 y 13:250 MCM cobre aislado

Guías 5 y 7:2 conductores, cobre sólido desnudo estañado Nº2.

Ejemplo 2.2.- Para un calibre de 350 MCM y 6 conductores por fase, ¿ Cual es el calibre

para las guías 4, 8, 5, 7, 9, 10, y 13?.

Solución:

Por lo tanto las guías 4 y 8: 3/0 AWG de cobre trenzado.

80

22 10626177 mmxmm MCM2000demásaequivale1062mmy 2

Las guías 4, 10 y 13: 500 MCM, las guías 5 y 7 se divide 1062/8 132,75 luego divide

132,75/34 3,9 4 conductores AWG desnudos estañados.

Ejemplo 2.3.- Para un calibre de 250 MCM y 6 conductores por fase ¿Calcular las guías 4,

8, 5, 7, 9, 10 y 13?.

Solución:

Para las guías 4 y 8: 3/0 AWG.

Para las guías 9, 10 y 13:350 MCM de cobre aislado.

Para las guías 5 y 7: 3 conductores de cobre desnudo estañado N2.

TABLA 8 CARACTERÍSTICA DE LOS CONDUCTORES.

Conductores aislados Conductores desnudos

Calibre Sección nominal Número de Diámetro de Diámetro total Sección AWG/MCM (mm2) hilos. hilo(mm) (mm) total mm2

18 0,82 Sólido 1,02 1,02 0,8118 0,82 7 0,38 1,17 1,0716 1,31 Sólido 1,29 1,29 1,3216 1,31 7 0,48 1,47 1,7014 2,08 Sólido 1,63 1,63 2,0814 2,08 7 0,61 1,85 2,7012 3,31 Sólido 2,06 2,06 3,3212 3,31 7 0,76 2,34 4,2910 5,26 Sólido 2,59 2,59 5,2710 5,26 7 0,97 2,95 6,82 8 8,37 Sólido 3,25 3,25 8,30 8 8,37 7 1,24 3,71 10,80 6 13,3 7 1,55 4,67 17,42 4 21 7 1,96 5,89 27,1 3 27 7 2,20 6,60 34,19 2 34 7 2,47 7,42 43,23 1 42 19 1,69 8,43 56,131/0 53 19 1,89 9,45 70,322/0 67 19 2,13 10,62 88,39

81

3/0 85 19 2,39 11,94 111,614/0 107 19 2,68 13,41 141,29250 127 37 2,09 14,61 168300 152 37 2,29 16,00 201350 177 37 2,47 17,30 235400 203 37 2,64 18,49 268500 253 37 2,95 20,65 335600 304 61 2,52 22,68 404700 355 61 2,72 24,49 471750 380 61 2,82 25,35 505800 405 61 2,91 26,16 537900 457 61 3,09 27,69 6021000 507 61 3,25 29,21 6701250 633 91 2,98 32,74 8421500 760 91 3,26 35,81 10071750 887 127 2,98 38,76 11802000 1013 127 3,19 41,42 1346

2.9.- RESISTIVIDAD (PARA DEFINIR EL ANILLO, PARTE 2.6.1. A)

Definición: Magnitud característica de toda materia que expresa su aptitud para la

conducción de corrientes eléctricas. Es una variable básica la cual afecta la resistencia a

tierra de un sistema de electrodo.

La resistividad del suelo varía según:

El tipo de suelo.

La temperatura.

El contenido de humedad.

El contenido de sales ó iones: Una pequeña cantidad de sal disuelta en agua,

disminuye la resistividad.

La compactación del suelo.

Rango de Valores de Resistividad.

Agua de mar 1 - 2 ohms-metro

82

Arcilla 3 - 160 ohms-metro

Arena 90 - 800 ohms-metro

Roca 500 - 1000 ohms-metro

Barro 5 - 50 ohms-metro

La única manera de determinar con precisión la resistividad del suelo es mediante su

medición.

2.10.- TÉCNICAS DE MEDICIÓN.

2.10.1.- Método de los cuatro puntos ó Método Wenner.

Se utiliza para medir resistividad del terreno, es decir la característica

del terreno. Se recomienda como mínimo tres mediciones. (Ver Figura 2.9).

Aparato de medición de tierra.

Display C1 P1 P2 C2 C = Corriente P = Potencial E ES S H

Puntas de prueba. Puntas de prueba.

Electrodo Electrodo Electrodo Electrodo Nº1 Nº2 Nº3 Nº4

Superficie del_ _terreno

_ _ _ _ _ _ _ _ D_ _ _ _ _ _ _ _ D_ _ _ _ _ _ _ _ D_ _ B

Figura 2.9 Método de los Cuatros Puntos

B = profundidad de cada electrodo.

Puntas de prueba: son de acero suave y tienen como 100 metros mínimo.

83

Tamaño de los electrodos: 0,5 metros y son cuatro electrodos (2 de corriente y 2 de

potencial).

D = separación entre dos electrodos adyacentes en mts.

PASOS.

Los electrodos se deben instalar a igual distancia (D) y en la misma dirección, siempre

rectos. Siempre se debe hacer una medición con D =3 mts y las otras dos al azar, por

ejemplo D = 5 mts,10 mts, 15 mts ó 2 mts.

Se pasa una corriente por los electrodos exterior (C1 y C2) y se

produce una caída de tensión producida por la corriente y la resistencia

del suelo.

Registrar el valor de lectura del instrumento, el cual da un valor en ohms.

Calcular el valor de resistividad utilizando la fórmula:

(2.19)

Si B = 0,1D entonces B = 0 y la fórmula se transforma en:

= 2RD (2.20)

R= Medición del aparato en ohms.

D= Separación entre dos electrodos adyacentes.

= Resistividad en ohms-metro.

Hacer varias mediciones en separación y ubicación diferentes.

Al obtener diferentes valores de , se gráfica la curva de la Figura 2.10.

84

`

2 4 6 8 10 12 14 D

Figura 2.10 Gráfica de Vs. D

’= Valor tomado de la resistividad donde la curva se hace plana.

2.10.2.- Método de Caída de Potencial ó Método de los Tres Puntos.

Sirve para verificar que nuestro objetivo (valor de resistencia) ha sido conseguido al

construir el anillo y se hace con 2 barras ó electrodos. (Ver Figura 2.11).

Aparato de medición de tierra.

Display C1 P1 P2 C2

E ES S H

Sonda movible Sonda fija

Tanquilla Superficie

5 mts 80 cm Electrodo de Electrodo de potencial corriente

Barra copperweld 2,4 mts

62% D D

85

Figura 2.11 Método de Caída de Potencial.

PASOS:

La corriente se suministra por C2 y regresa al electrodo C1P1

(puenteado).

El electrodo P2 debe estar al 62% de la distancia de C2 ya que en esta parte la

curva se hace plana.(R’)

Esta curva se debe hacer en abanico.

A medida que la barra movible se acerca al punto de electrodo de la

tanquilla R tiende a cero (Ver Figura 2.12).

R

R’

5 10 15 62% D

Figura 2.12 Gráfica de R Vs. D

2.10.3.- Método de los dos Puntos ó Conductividad Galvánica. (Ver Figura 2.13).

Determina si la barra está o no está partida ó si la guía Nº5 (MGB hasta el anillo) no está

partida. C1 y P1; P2 y C2 se puentean.

Aparato de medición de tierra

Display C1 P1 P2 C2

E ES S H

86

0,5 mts. 2,4 mts. Barra de referencia. Barra a medir.

Figura 2.13 Método de los Dos Puntos.

EJERCICIOS:

Ejercicio 2.1.- La resistividad del suelo es 39.06 ohms-metro.

¿Se puede alcanzar R=25 ohms o menos, si se coloca una barra de 10 pie por 5/8 de

pulgada en una estación?.

Solución: Utilizando la fórmula (2.5) barra vertical y L>>a, y sabiendo que D = 2a donde a

es el radio = 0,32 pulgadas obtenemos R = 12,88 ohms.

Ejercicio 2.2.- Para medir la resistividad del suelo con terminales(sondas) y una distancia

de separación de 10 pies se usa el aparato de medición de tierra y se obtiene una lectura de

4,16 ohms. Asumiendo que se están usando electrodos de 10 pie por 5/8 pulgadas.

Diseñe un Sistema de Puesta a Tierras con electrodos que produzca una resistencia

a tierra de R<5 ohms

Solución: Utilizando la fórmula (2.9) de electrodos aterrados para d> L y n<10,

para calcular R y la cantidad de barras. Si esta fórmula no satisface la condición del

enunciado se utilizará la referente a n> 10.

En principio se calcula la resistividad, del método de los 4 puntos.

= 2xRxxD = 79,67 ohms-metro. Este valor se introduce en la fórmula de

electrodos paralelos, se debe resolver dando valores a n, por ejemplo n =3 y se obtiene un

87

valor de R luego se incrementa n hasta alcanzar la R deseada que en este caso es R = 4,604

para n = 9.

Ejercicio 2.3.- Se quiere diseñar un circuito de puesta a tierra < 3 ohms en forma

rectangular con barras aterradas.

Para ello se realizan 2 lecturas con el aparato de medición, con sondas espaciadas a:

3 pie(profundidad del cable o del circuito). La lectura es R = 2,05 ohms.

10 pie(Nº de sitios con barra: 10). La lectura es R = 1,19 ohms.

Hacer el cálculo para el circuito rectangular aterrado con barras(32x22 pie), usando

cable Nº2 AWG.

Solución: utilizando la fórmula (2.1).

Para el circuito rectangular solo (32x22 pie), se calcula w= 11,78 ohms-metro. Aw=

7,42/2=3,71 mm=0,00371 mts.Lw=2A+2B=32,9184 mts.

Luego,Rw=0,71 ohms.

Para barras solas se utiliza la fórmula (2.2), se calcula r=22,79 ohms-

mts.Ar=5/16=0,00793 mts.

Sr =10 pie =3,048 mts. Lr = 10 pie = 3,048 mts.Rr = 1,205 ohms.

Resistencia mutua del alambre y las barras. Rwr = 0,57 ohms, por la fórmula (2.3).

Resistencia total Rt=0,68 ohms, por la fórmula (2.4)

Ejercicio 2.4.- Diseñar un Sistema de Puesta a Tierra con R< 2 sabiendo que se utilizan

barras de 2,4 mts. por 5/8”. Obtener el valor más óptimo. Se realiza una medición con el

aparato por el Método Wenner y la lectura es de 8 Ohms con una separación de entre

electrodos de 8 mts.

88

Solución: Para n > 10 y d = 8 mts. y utilizando la fórmula (2.10)

Con un valor de n =117 barras se logra el objetivo.

2.11.- SISTEMA DE PARARRAYOS.

Las nubes tormentosas son cuerpos eléctricamente cargados suspendidos en la

atmósfera. El aire sirve de aislante, separando la carga eléctrica de la nube de la carga de la

tierra y la de otras nubes. Durante una tormenta, estas cargas continuarán formándose e

inducirán una carga similar, de potencial contrario sobre la tierra. La carga inducida sobre

la tierra estará concentrada en la superficie, justamente debajo de la nube y será

aproximadamente del mismo tamaño y forma que ésta, estableciéndose un fuerte campo

electrostático entre la nube y el suelo.

Si hubiera estructuras o árboles entre la tierra y la nube, éstas igualmente resultarían

cargadas. Cuanto mayor sea la proximidad entre estos puntos y la nube, mayor posibilidad

existe de una descarga de rayos hacia ellos.

El riesgo de descargas en una instalación depende de una serie de factores,

incluyendo su localización, tamaño y forma. Un índice de riesgo de descarga es su nivel

ceráunico: Cuando más alto sea el mismo, mayor será la posibilidad de caída del rayo. En

los Estados Unidos el nivel ceráunico oscila de 1 al 100 (en algunas áreas tropicales del

mundo puede llegar a 260).

Las estructuras más altas, tienden a recoger las descargas de las áreas adyacentes y

generan descargas adicionales. En áreas montañosas, llegan a producirse descargas en

instalaciones de baja altura.

La forma y área de una instalación también influye en la exposición de la descarga:

cuando mayor sea el área, mayor será el riesgo, por ejemplo cuando mayor longitud posea

una línea de transmisión de energía, mayor será la posibilidad de descarga que pueda

recibir.

89

2.11.1.- Tipos de Pararrayos.

Pararrayos Franklín de base plana de una punta. (Ver Figura 2.14).

Pararrayos Franklín de base a mástil: de 4 puntas, de 1 punta e ionizante no

radiactivo. (Ver Figuras 2.15, 2.16 y 2.17).

Figura 2.14 Pararrayos Franklin

Figura 2.15 Pararrayo Franklín cuatro puntas.

Figura 2.16 Pararrayo Franklín de una punta.

90

Figura 2.17 Pararrayo Ionizante no radiactivo.

2.11.2.- Instalación de Pararrayos.

Se puede tener una tierra de pararrayos opcional al sistema de puesta a tierra y se

establece como necesidad la interconexión de ambos anillos, mediante un conductor

enterrado Nº 6, a fín de ecualizar los potenciales de tierra; como el caso de que el pararrayo

este vinculado a la propia estructura de soporte de antena. En caso de que el pararrayo se

instale en una estructura ó área separada de la antena, como caseta de ascensores, torre

metálica o poste es conveniente mantener separados ambos sistema de tierra para evitar un

innecesario estrés del sistema de aterramiento.

2.11.3.- Disipación del Rayo.

El pararrayo convencional atrae al rayo e intentan disipar su energía. Una punta

afilada en un fuerte campo electrostático emitirá electrones mediante la ionización de las

moléculas adyacentes; si el potencial de las puntas se eleva a 10000 voltios sobre la de sus

alrededores. Este principio se demuestra mediante lo que los científicos llaman disipación

natural: la ionización producida por los árboles, hierba, torres, vallas y otras estructuras

pueden disipar por encima del 95% de la energía total generada durante una tormenta sin

que se produzca la formación del rayo.

En la actualidad existen sistemas de arreglos que evitan que los rayos impacten

sobre el área protegida, al reducir continuamente la diferencia de potencial entre el suelo y

la nube cargada, a niveles inferiores de potencial de formación del rayo. Es decir mejorar la

disipación natural, basado en el principio de punta, mediante la utilización de miles de

puntas que producen iones simultanemente sobre una extensa área, impidiendo de esta

manera la formación de corrientes descendentes, precursoras de la descarga del

2.12.- DESCRIPCIÓN DE LOS CONDUCTORES Ó GUÍAS.

91

Guía 1: Electrodo exterior ó anillo. Cable Nº2,sólido desnudo.

Guía 2: Pozos, fosas ó ánodos. Cable Nº2,sólido desnudo.

Guía 3: Interconexión entre la guía 1 y cada columna de la

construcción. Cable Nº2, sólido desnudo.

Guía 4: Neutro del tablero principal de AC al electrodo del anillo de

tierra. Tabla 5A

Guía 5: Mínimo dos (2) conexiones desde lados opuestos del anillo

hasta la MGB. Cable Nº2 AWG, tabla 5.

Guía 6: Desde la guía 1 hasta la cerca metálica. Cable Nº2 sólido

desnudo.

Guía 7: De la guía 2 hasta la MGB. Cable Nº2 AWG.

Guía 8: Desde el neutro del tablero principal hasta la toma principal

de agua de la estación. La tubería debe tener no menos de 4metros en

tierra. Tabla 5A

Guía 9: Puente a través del medidor de agua. Tabla 5.

Guía 10: De MGB a la tubería de agua. Tabla 5.

Guía 13: De MGB hasta el neutro de cada tablero principal. Tabla 5.

Guía 14: De cada MGB/FGB hasta la columna adyacente de la

edificación. Cable 750 MCM.

Guía 14 A: Desde la guía 14 B hasta la MGB/FGB. Cable THW 2/0

AWG.

92

Guía 14B: Anillo de tierra de los pisos falsos. Cable THW Nº6

AWG.

Guía 14C: Del techo metálico a la MGB/FGB. Cable THW Nº6

AWG.

Guía 15: Del HE a la MGB/FGB. Cable 750 MCM.

Guía 16: Desde la MGB hasta la CVGB. Cable THW 1/0 AWG.

Guía 16 A: De la CVGB a la fosa. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 17: De la guía 16A hasta la cubierta metálica de cada cable de

planta externa. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 17A: De la coraza de los cables de fibra óptica a la guía

16A.Cable Nº6 AWG.

Guía 18: VE a la MGB/FGB. Cable de 750 MCM.

Guía 19: Desde la FGB a la guía 18.Cable 750MCM.

Guía 20: Desde la MGB/FGB a la barra de tierra de cada tablero

secundario de AC en el piso. Cable THW Nº6 AWG, color verde.

Guía 20A: Desde la MGB/FGB hasta la barra de tierra del tablero

principal para sistemas derivados separadamente. Tabla 5A.

Guía 21: Desde la MGB/FGB al anillo interior de puesta atierra de la

sala de radio. Cable THW Nº2 AWG.

Guía 22: Anillo exterior de techo al sistema de pararrayos. Cable

THW Nº2 AWG.

93

Guía 23: Desde la MGB/FGB a la barra ECPGB. Cable THW Nº1

AWG.

Guía 23 A: De la MGB/FGB al bastidor con cables de alta

frecuencia. Cable

THW Nº1 AWG.

Guía 24: Desde la ECPGB al módulo de protectores. Cable THW

Nº6 AWG

Guía 24A: De un módulo de protección a otro. Cable THW Nº6

AWG.

Guía 25: Desde la guía Nº1 hasta el bajante del pararrayo. Cable

THW Nº2 AWG.

Guía 26: De la bajante del pararrayo a objetos metálicos cercanos.

Cable THW Nº2 AWG.

Guía 27: De la guía 1 al anillo de la torre. Cable THW Nº2 AWG.

Guía 28: De la guía 1 al anillo de la caseta de radio.

Guía 29: Del cargador de baterías a la barra de tierra del tablero de

AC. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 30: De la barra de tierra del tablero de AC a toma corrientes no

aislados y luces exteriores. Cable THW Nº12 AWG.

Guía 31: Desde la MGB/FGB a la guías 32-36.Cable THW Nº2/0

AWG.

Guía 32: De la guía 31 al bastidor del cargador de batería. Cable

THW Nº6 AWG.

94

Guía 33: De la guía 31 al estante de batería (rack). Cable THW Nº6

AWG.

Guía 34: Desde la guía 31 al bastidor de la Unidad de Control de

Energía(PCU).Cable THW Nº6 AWG.

Guía 35: Desde la guía 31 al bastidor de la Unidad de

Distribución(DSU). Cable THW Nº6 AWG.

Guía 36: Desde la guía 31 al bastidor de la Unidad de Distribución

de Energía(PDU).Cable THW Nº6 AWG.

Guía37: Desde la MGB/FGB hasta el terminal positivo de la batería.

Cable

750 MCM.

Guía 37 A: Desde la MGB/FGB hasta los convertidores(DC).Cable

THW

Nº6 AWG.

Guía 38 A: Desde FGB al bastidor PDU. Cable 750 THW Nº2/0

AWG.

Guía 38:desde la FGB hasta el retorno de la portadora de suministro. Cable 750

MCM.

Guía 39: De una sección de cubierta a otra. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 40: De la MGB/FGB a la cubierta metálica. Cable THW N º6

AWG.

Guía 41: De la MGB/FGB a las guías 42 y 58. Cable THW Nº2/0

AWG.

95

Guía 41A: De la MGB/FGB a la guía 58A. Cable THW Nº2/0 AWG.

Guía 42: De la guía 41 a cada alineación de equipos. Cable THW

Nº2/0 AWG.

Guía 43: Puente entre bastidores consecutivos. Cable THW Nº2

AWG.

Guía 44: Desde cada bastidor del bypass del sistema electrónico.

Cable THW Nº6 AWG.

Guía 45: Desde el neutro del tablero principal hasta un tablero

secundario. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 46: Desde la guía 45 hasta los tomacorriente aislado. Cable

THW Nº12 AWG.

Guía 47: Desde la MGB/FGB hasta la guía 48. Cable THW Nº6

AWG.

Guía 48: De la guía 47 a cada bastidor de conmutación

electromecánica. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 49: De la guía 48 hasta cada repisa de bastidor de conmutación

electromecánica. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 50: Desde la guía 51 hasta el colector de retorno en el bastidor

del PDU. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 51: Desde la guía 50 hasta los bastidores de transmisión

aislados. Cable

THW Nº6 AWG.

96

Guía 52: Del panel de fusibles de cada bastidor a la barra de puesta

atierra de cada bastidor. Cable THW Nº8 AWG.

Guía 53A: De la MGB al bastidor de PDU.

Guía 54: De la MGB/FGB al gabinete de almacenamiento de tarjetas

electrónicas. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 55: De la MGB/FGB a la entrada de los cables coaxiales ó de

guía de onda. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 56: Desde la MGB/FGB hasta el suministro de AC para los

gabinetes de equipos de radios. Cable THW Nº6 AWG.

Guía 57: Desde la MGB/FGB hasta el centro de la superestructura

metálica o herraje que soporta los cables en la sala de Cx digital. Cable

THW Nº2/0 AWG.

Guía 57 A: Desde la MGB/FGB hasta el centro de la superestructura

metálica o herraje que soporta los cables en la sala de radio y equipos

de Tx.

Cable THW Nº2/0 AWG.

Guía 58: De la guía 41 a cada alineación de bastidores de Cx. Cable

THW Nº2 AWG.

Guía 58A: De la guía 41 a cada alineación de bastidores de Tx.

Cable THW Nº2 AWG.

Guía 59: De la guía 58 a cada bastidor de Cx. Cable THW Nº6

AWG.

97

Guía 59A: De la guía 58 a cada bastidor de Tx. Cable THW Nº6

AWG.

Guía 60: De la MGB/FGB a las baldosas conductoras. Cable THW

Nº6 AWG.

Guía 61: De la MGB/FGB a cada alineación de bastidores. Cable

THW Nº2/0 AWG.

Guía 62: De la guía 61 a cada bastidor de línea. Cable THW Nº1/0

AWG.

Guía 63: De la guía 62 a cada estante con equipos de línea. Cable

THW Nº2 AWG.

Guía 64: De la MGB/FGB al módulo de ensayos o de prueba. Cable

THW Nº6 AWG.

DISEÑO DEL SISTEMA:

- Tomar medidas de resistividad del suelo tan cerca como sea posible al sitio

propuesto.

- Use las fórmulas para calcular la resistencia que se estima del electrodo propuesto,

derivado de las lecturas de la resistividad del suelo existente. En la actualidad existen

programas computarizados.

- Comience con diseños simples y proceda con los más complejos hasta alcanzar el objetivo

ó el requerimiento de resistencia.

- Calcule la resistencia incrementando el número de barras de

aterramiento.

- Use guayas ó conductores horizontales, anillos, configuraciones en estrella, etc.

98

- Use rejillas ó mallas sin y con barras de tierra.

- Dejar los mejoramientos tales como betonita o concreto de último.

A) La betonita es una arcilla natural porosa que absorbe y retiene el agua de las áreas que la

rodean, debido a su naturaleza higroscópica. Es aplicada típicamente como una suspensión

mezclada con agua. Incrementa el contacto efectivo con el área de la barra u otros

electrodos, los cuales a su vez reducen la resistencia de los electrodos.

B) El concreto es un medio semiconductor que se usa a menudo para empotrar barras o

cables; para disminuir su resistencia. Barras de acero reforzado en fundaciones y bases de

concreto, son ejemplos típicos de los métodos de empotramiento en concreto. La

resistividad típica es de 50 ohms-metro.

- Como último recurso, caso más extremo, se usará la barra de zinc. Este electrodo se

utiliza acompañado de otros aditivos en el terreno, por ejemplo 50% de betonita y 50% de

yeso hidratado. Este tipo de barra produce contaminación ambiental, por lo que se repite se

debe utilizar en casos severos y como alternativa final.

99