Electricidad
CÁLCULO APLICADO AL PROYECTO ELÉCTRICO.
Unidad I.1 Cálculo de alimentadores y sub alimentadores.
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Describe las características constructivas de alimentadores y subalimentadores, de acuerdo a normativa nacional vigente.
Determina la potencia instalada, demanda máxima y factor de diversidad en alimentadores y subalimentadores, de acuerdo a requerimientos y normativas. Determina la sección de alimentadores y subalimentadores de alumbrado, fuerza y calefacción, con base en los criterios de dimensionamiento de capacidad admisible y tensión de pérdida. Determina los diferentes sistemas de canalización normalizada usada en instalaciones eléctricas, según ambiente, costos, tipo de instalación y densidad.
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Definición y tipo de conductores, aspectos constructivos.
Son materiales que permiten con facilidad la conducción de la corriente eléctrica. Los mas utilizados son el cobre y el aluminio. Los conductores se definen, también, como el camino por el cual circula la corriente eléctrica.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores •
Clasificación de conductores eléctricos:
a) Según su aislamiento: conductores desnudos y conductores con aislación.
b) Según la construcción del alma conductora. •
Alambre: El conductor se encuentra formado por una sola pieza.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores •
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Clasificación de conductores eléctricos: Cable: el conductor se encuentra formado por una serie de hilos conductores permitiendo gran flexibilidad.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores •
Clasificación de conductores eléctricos:
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C) Según el numero de polos:
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Monopolar: Conductor con una sola alma conductora
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Multipolar: Conductor con dos o mas almas, aisladas entre sí.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores •
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Clasificación de conductores eléctricos: D) Según tensión de servicio: Baja tensión (0-1000 V) Alta tensión (sobre 1000 V)
Cálculo de alimentadores y subalimentadores •
Partes de los conductores:
a) Alma: Elemento conductor que sirve de camino para la corriente eléctrica. b) Aislante: Evita que la corriente eléctrica siga otro camino; circule por otros objetos o haga contacto con los seres vivos. Existen varios tipos de aislantes. Sus características técnicas estan asociadas a el medio ambiente a que serán sometidas y al tipo de canalización. Los mas utilizados son cloruro de polivinilo (PVC), Polietileno (PE), Nylon. c) Cubierta protectora: Protege la integridad del aislante y el alma conductora contra exigencias térmicas, químicas y especialmente mecánicas (golpes etc).
Cálculo de alimentadores y subalimentadores •
Partes de los conductores:
d) Blindaje: Algunos conductores se encuentran protegidos frente al ruido eléctrico (Interferencias , inducciones… ), por medio de pantallas de alambres trenzados.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores •
Alimentadores:son aquellos conductores de cobre que van entre el equipo de medida y el primer tablero de la instalación, o los conductores controlados desde el tablero general y que alimentan tableros generales auxiliares o tableros de distribución.
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Subalimentadores: son aquellos conductores de cobre que se derivan desde un alimentador directamente o a través de un tablero de paso, o bien, los controlados desde un tablero general auxiliar.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores. •
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Los consumos utilizan energía eléctrica para desarrollar el trabajo, la energía que requiere para desarrollar este trabajo se llama demanda del consumo.
Conceptos: Potencia Instalada: Es la suma total de las potencias nominales. Demanda:Es el promedio de carga en un intervalo de tiempo dado. Generalmente se establece sobre períodos de 1 hora.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores. •
Ej: Si tomamos un determinado lapso de tiempo por ejemplo de las 8:00 a 8:45 y medimos los valores de potencia de una o varias cargas, segundo a segundo, obtendremos una curva de consumo de la carga en dicho tiempo y al promediar todos estos valores se obtiene el promedio de consumo de la carga en el determinado tiempo, esto es la «Demanda», Promedio de potencia solicitada al sistema en un intervalo de tiempo.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores. •
Demanda máxima: Es la mayor demanda de la instalación, sistema eléctrico o parte de él que ocurre en un período de tiempo dado. Se expresa en unidades de potencia.
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Pueden interesar demandas máximas horarias, diarias, mensuales, de acuerdo al uso que se quiera dar a dicho factor.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores. •
Factor de demanda: Es la razón entre la demanda máxima de la instalación o sistema y la carga total conectada, definida sobre un periodo de tiempo dado.
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Se entenderá por carga total conectada a la suma de las potencias nominales de la instalación considerada. Se puede también definir este factor para parte de una instalación o sistema.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores. •
Factor de diversidad: Es la razón entre la suma de demandas máximas individuales de varias sub- divisiones de una instalación o sistema y la demanda máxima de la instalación o sistema completo.
Cálculo de alimentadores y subalimentadores. •
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Ejemplo : Supongamos los consumidores A, B y C, cuyas demandas máximas son 5 kW, 8 kW. y 3 kW. respectivamente, pero esta demandas se producen a distintas horas del día, de modo que al medir la demanda del conjunto el mayor valor registrado en el día es de 10 kW., en estas condiciones el factor de diversidad entre esos consumidores es de:
Cálculo de alimentadores y subalimentadores. •
Factor de coincidencia: Trata de reflejar la coincidencia de las cargas. Mientras más grande el conjunto, el conjunto de cargas debería ser mas coincidente.
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Factor de coincidencia = 1/ f diversidad
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Factor de Utilización: Aplicable a un equipo específico, es la razón entre la demanda máxima en un periodo y su capacidad nominal.
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Factor de utilización= D máxima/ Cap. nominal
Resumen.
FACTORES INFLUYENTES Y RELEVANTES EN EL DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN ELECTRICA EFICIENTE, CONFIABLE Y SEGURA
Protecciones contra sobrecargas •
El paso de la corriente por un conductor genera un calentamiento proporcional al cuadrado de esta corriente (efecto Joule). En base de este axioma, es necesario determinar la corriente admisible Iz aceptable del conductor según, su naturaleza y de su condición de instalación. Una condición previa que entonces permitirá elegir una protección adaptada contra las sobrecargas.
Zonas de carga de un conductor •
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El cálculo de conductores según la premisa que se encuentren debidamente protegidos frente a la falla de sobrecarga, establece la sección o calibre del mismo. La corriente de servicio de los equipos conectados (Is), no debe sobrepasar la corriente nominal del aparato de protección (In) cuyo valor, a su vez, no debe sobrepasar la corriente admisible del conductor (Iz). En el caso de protección con fusibles, debe aplicarse un coeficiente reductor R al valor de Iz.
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Según todo lo anterior, la regla básica para asegurar que el conductor seleccionado se encuentre debidamente protegido a la sobrecarga es:
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DETERMINACION DE LA CORRIENTE DE SERVICIO Is La corriente de servicio Is viene dada por la potencia asociada a la línea en función de las características de los equipos conectados. El análisis exacto de todas las utilizaciones y sobre todo, el conocimiento real de las potencias de cada carga no son siempre evidentes, por lo que, en la práctica, suele ser necesario considerar coeficientes de seguridad globales por exceso para evitar subdimensionar la instalación.
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DETERMINACION DE LA CORRIENTE DE SERVICIO Is Evitar considerar un factor minoritario sobre el tiempo de utilización; las condiciones de funcionamiento y la distribución pueden cambiar. Pensar en posibles ampliaciones futuras (se aconseja una reserva del 20%, aunque, en la práctica, suele faltar más el espacio que la energía). Incrementar en un 80% (x 1,8) la potencia considerada para las luminarias fluorescentes compensadas, y en un 150% (x 2,5) la de las luminarias no compensadas. Tomar un coeficiente genérico de 1,5 para todas las lámparas de vapor o de yoduros metálicos. Aplicar un incremento del 100% para los motores de hasta 4 kW (potencia considerada x 2). Para los motores de 4 a 50 kW, este factor será de 1,5. Tomar las potencias nominales para la iluminación por incandescencia, incluidas las lámparas halógenas, y la calefacción.
Ejemplo: •
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La potencia de un equipo fluorescente 2 x 36 W compensada debe considerarse igual a: Si asumimos la existencia de 15 equipos iguales y que su factor de potencia es 0,95 la corriente de servicio del círculo será:
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Respuestas:
DETERMINACIÓN DE LA SECCION DE CONDUCTORES. La sección de los conductores se determina a partir del conocimiento de la corriente admisible (Iz) que deberá ser capaz de transportar según las características y exigencias del medio en donde éste prestará servicio. Las tablas del capítulo 8 de la Norma NCH Elec 4/2003, permiten determinar los valores de corriente aceptados por diferentes tipos de conductores eléctricos según los principios fundamentales de utilización y protección de las personas. A continuación se mencionan los principales elementos. Las tablas de capacidades de transporte admisibles permiten determinar directamente la sección de los conductores en función : • Para el caso de alambres: de las características del conductor, la del medio de canalización y de la corriente admisible. • Para el caso de cables: de las condiciones de instalación, las características del tipo de aislamiento y de la corriente admisible.
DETERMINACIÓN DE LA SECCION DE CONDUCTORES. •
La corriente admisible (Iz), para los casos de alambres y cables viene dada por la aplicación de los factores de corrección por número de conductores (fn), y de temperatura (ft), a la corriente máxima que puede llegar a circular por el conductor de manera permanente, la cual viene dada por el
calibre del dispositivo de protección:
Según la Norma NCH Elec. en redes trifásicas de cuatro hilos la selección del neutro no debe ser inferior al 50% de la sección nominal de los conductores de fase. Se recomienda considerarlo igual a la sección de la fase para el caso de alimentación a cargas lineales y el doble para el caso de alimentación a cargas no lineales que inyecten armónicos de secuencia cero que provocan “ sobrecalentamiento del conductor neutro “.
Ejemplo: •
Alimentador trifásico de cuatro hilos que alimenta a un tablero de distribución para computación.
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Dispuesto en tubería de PVC. Al quemarse no debe emitir gases tóxicos por tratarse de un local de reunión de personas.
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La temperatura ambiente a considerar será de 44ºC.
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La corriente nominal de su dispositivo de protección es de
25 A.
Solución: •
Selección de la cubierta aislante. Al tratarse de un conductor dispuesto en un local de reunión de personas, canalizado en ducto y que se exige que al quemarse no
emita gases tóxicos.
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1. Factores de corrección a aplicar Al tratarse de un alimentador trifásico de 4 hilos que alimenta a computadores (cargas monofásicas no lineales), se recomienda considerar cuatro conductores activos, 3F + N, que la temperatura ambiente a considerar es de 44ºC, y que según el aislante elegido la temperatura de servicio de este es de 90ºC.
2. Corriente admisible teórica •
Considerando que la corriente nominal del dispositivo de protección es de 25A, y aplicando los factores de corrección determinados anteriormente :
3. Sección de los conductores Tomando como regla que la corriente admisible comercial del conductor (fases), debe ser mayor que la corriente admisible : EVA-90-5,26mm²-A-40Amp
CAÍDAS DE TENSIÓN EN LA LINEA
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Si la caída de tensión supera los valores límite admisibles, se puede aumentar la sección de los conductores hasta que la caída sea inferior a los valores prescritos.
CAÍDAS DE TENSIÓN EN LA LINEA •
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Si la instalación alimenta motores, se recomienda comprobar la caída de tensión en condiciones de arranque. Para ello, basta con sustituir, en la fórmula adjunta, la corriente Is por la corriente de arranque del motor y utilizar el factor de potencia en el arranque. En ausencia de datos más precisos, puede considerarse el valor de la corriente de arranque como de 6 In. La caída de tensión, teniendo en cuenta todos los motores que pueden arrancar al mismo tiempo, no debe sobrepasar el 15%. Aparte del hecho de que una caída de tensión demasiado elevada puede perjudicar al resto de usuarios de la instalación, puede hacer también que el motor no arranque. Las caídas de tensión se calculan por medio de la siguiente fórmula :
Las caídas de tensión se calculan por medio de la siguiente fórmula:
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CAIDAS DE TENSIÓN ESTIMADAS POR TABLAS La caída de tensión unitaria v (en voltios), por 1 amper y por 100 mts de longitud, puede determinarse directamente a partir de las siguiente tabla, en función :
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De la sección (en mm2 ) y de la naturaleza de las almas, cobre o aluminio De la reactancia lineal de los conductores, (en miliohm/mts). El cos ϕ para la calefacción y alumbrado, ( 0,85 para las aplicaciones mixtas y 0,35 para el arranque de motores).
Ejemplo. •
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El cálculo a través de formulas da una caída de tensión en un cable de 50mts circulan 250A un resultado de 4,04 V, es decir una caída de tensión relativa del 1,75%. La utilización de la tabla proporciona un resultado idéntico. En efecto, la lectura de la tabla adjunta, para una sección de fase de 70mm2 de cobre y un cos ϕ de 0,85 nos da un valor de 0,032. Este valor viene dado para 100 mts de cable y para una corriente de 1A. Por lo tanto, hay que multiplicar por 250 y por 0,5 ( 50 mts de cable), lo que da una caída de tensión absoluta de 4 V y una caída de tensión relativa de 1,73%.
El valor de la caída de tensión de la canalización trifásica de longitud L (en mts), recorrida por la corriente de servicio Is (en A), es entonces de
