Por: Paulo Edmundo Fonseca Freire
La profundidad de penetración de una corriente alterna inyectada en el suelo por una línea larga, también conocida como profundidad equivalente de retorno, es función de la resistividad del suelo (ρ, em m), de la permeabilidad magnética del vacío (μ₀) y de la frecuencia (f, em Hz), estando dada por la expresión: δ = √(2ρ/wμ₀) ≈ 503√(ρ/f).
Esta expresión indica que, a medida que la frecuencia disminuye, la profundidad de penetración aumenta, haciendo que la corriente de retorno de una falla a tierra se distribuya por un volumen cada vez mayor del suelo. En consecuencia, el camino de retorno asociado a una línea de corriente alterna se vuelve progresivamente más profundo y más amplio a medida que la frecuencia de la corriente inyectada en el suelo disminuye.
Al aproximarse al límite de la frecuencia tendiendo a cero, como en el caso de los sistemas HVDC, la expresión de la profundidad de penetración pierde su significado físico directo, ya que no hay más propagación ondulatoria ni efecto pelicular (skin effect). En este régimen, el problema deja de estar gobernado por fenómenos de difusión electromagnética y pasa a ser esencialmente estacionario, descrito por la ecuación de Laplace para la conducción eléctrica. Así, en lugar de una «profundidade infinita» en sentido estricto, la corriente continua se distribuye en el suelo en un volumen muy amplio, controlado por la estructura geoeléctrica del subsuelo en la región de cada electrodo, especialmente por las capas profundas.
Esta condición puede interpretarse como un desacoplamiento electromagnético entre los electrodos en los extremos de la línea HVDC, en el sentido de que no hay impedancia de propagación asociada al medio, como ocurre en régimen alterno. El circuito de retorno por el suelo pasa, entonces, a estar predominantemente gobernado por los efectos resistivos locales, es decir, por las resistencias de los electrodos de puesta a tierra y de las respectivas líneas de conexión.
En este caso, la resistencia efectiva del camino de retorno por tierra está dominada por la suma de las resistencias de los electrodos terminales HVDC y de las resistencias de las líneas de conexión hasta esos electrodos, siendo despreciable la contribución de una impedancia distribuida a lo largo del recorrido en el suelo. Por este motivo, las pérdidas asociadas a la operación monopolar con retorno por tierra tienden a ser significativamente menores que las que ocurrirían en un retorno por conductor metálico equivalente, debido a la gran sección transversal efectiva disponible para la conducción en el suelo.
Artículo realizado por el Ing. Paulo Edmundo Fonseca Freire a quien agradecemos por compartir esta información. Recomendamos seguirlo por Linkedin.
