Sands electrical parameters vary with frequency

Variación de los parámetros eléctricos de la arena con la frecuencia

Este artículo presenta los resultados de dos tipos de pruebas hechas a una clase de arena para obtener los valores de resistividad y permitividad eléctricas en el rango de los Hz hasta los MHz. Una de las pruebas fue realizada a frecuencias específicas con un generador de señales, y la otra fue hecha con un generador de impulsos de tensión, con lo cual se trabajó un espectro continuo de frecuencias. Las pruebas se llevaron a cabo para tres valores de humedad, y los resultados de ambas mostraron un comportamiento no lineal presente en la superficie de los electrodos de prueba. Esta no linealidad fue modelada y considerada en el procedimiento de cálculo de los valores de permitividad y resistividad en el dominio de la frecuencia. Finalmente, se señalan los resultados, las conclusiones y el trabajo futuro.

Introducción

Cuando se diseña un sistema de puesta a tierra, se deben conocer los valores de los parámetros eléctricos del suelo en el lugar donde se va a construir el sistema. Los valores de resistividad (ρ), permitividad (ε) y permeabilidad (µ) deben ser considerados si un estudio tiene como objetivo conocer el comportamiento transitorio de un sistema de puesta a tierra (Montaña, 2011; He et al., 2005).

Grcev (Grcev, 1993) clasificó el suelo como húmedo o seco mediante valores constantes basados en su humedad. El suelo seco tiene alta resistividad (10e3 m) y baja permitividad relativa (9) y el suelo húmedo tiene baja resistividad (10e2 Ωm) y alta permitividad relativa (36). Se supone que estos parámetros eléctricos son constantes ya que no varían con la frecuencia o la posición en el suelo (Visacro, 2007; Visacro et al., 2009).

Trabajos anteriores han establecido que los parámetros eléctricos del suelo, la permitividad y la resistividad tienen variaciones con respecto a la frecuencia y la humedad (Visacro y Portela, 1988; Portela, 1997a; Portela 1997b), (Scott y Smith, 1992; Visacro et al., 2011; Visacro y Alipio, 2012), mientras que el valor de la permeabilidad relativa se acerca al del vacío. Algunos han utilizado ecuaciones para representar dicha variación (Visacro, 1992; Visacro y Alipio, 2012); estos estudios se realizaron en el rango de frecuencias de 40 Hz a 2 MHz porque las frecuencias más representativas de los rayos están en ese rango. Estos trabajos mostraron que la permitividad relativa puede variar desde 10e4 hasta 10 y que la resistividad puede variar desde 8kΩm hasta 1km en el rango estudiado.