Manual para el diseño de instalaciones eléctricas industriales livianas

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
MANUAL PARA EL DISEÑO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS
INDUSTRIALES LIVIANAS
POR
EVA SOFÍA VILLARROEL ZAMBRANO
PROYECTO DE GRADO
PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
Sartenejas, septiembre del 2008
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
MANUAL PARA EL DISEÑO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS
INDUSTRIALES LIVIANAS
POR
EVA SOFÍA VILLARROEL ZAMBRANO
TUTOR ACADÉMICO: PROF. OSWALDO RAVELO
PROYECTO DE GRADO
PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
Sartenejas, septiembre del 2008
iv
MANUAL PARA EL DISEÑO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES
LIVIANAS
POR:
EVA SOFÍA VILLARROEL ZAMBRANO
RESUMEN
Este proyecto recopila las bases conceptuales y de cálculo para el diseño de un sistema
eléctrico industrial, e ilustra con un caso ejemplo los pasos a seguir según los lineamientos
teóricos, basándose en los requerimientos básicos del Código Eléctrico Nacional y
complementado con las pautas establecidas en la literatura especializada para obtener una guía
práctica con el fin de orientar a proyectistas.
El resultado obtenido es un manual que sirve de herramienta y facilita el diseño de dichas
instalaciones, valiéndose de formularios que reúnen paso a paso los datos necesarios para
elaborar los cómputos que garanticen un sistema confiable y cumpla con los requisitos mínimos
de seguridad.
El caso estudio es una planta industrial farmacéutica en la que se considera
principalmente la evaluación de la carga conectada, selección de los alimentadores, capacidad y
dimensión tanto de los tableros, como del transformador de distribución. También se especifica la
selección de los circuitos ramales de iluminación, fuerza y tomacorrientes, canalizaciones,
protecciones y sistema de puesta a tierra, aplicando las pautas establecidas en el manual.
v
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL ..................................................................................................................... vi
ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................. xii
ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................................. xiv
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ......................................................................... xv
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1
1.1 Antecedentes .......................................................................................................................... 1
1.2 Importancia ............................................................................................................................ 1
1.3 Alcance................................................................................................................................... 2
1.4 Objetivo general ..................................................................................................................... 3
CAPÍTULO 2: FUNDAMENTOS TEÓRICOS ......................................................................... 4
2.1 Iluminación ............................................................................................................................ 4
2.2 Alimentadores ........................................................................................................................ 7
2.3 Circuito ramal......................................................................................................................... 7
2.4 Conductores eléctricos ........................................................................................................... 8
2.4.1 Aislamiento de los conductores ....................................................................................... 9
2.4.2 Calibre de los conductores eléctricos............................................................................. 10
2.4.3 Selección del calibre del conductor ............................................................................... 11
2.4.4 Calibre mínimo y capacidad de los circuitos ramales.................................................... 12
2.4.5 Selección del conductor puesto a tierra ......................................................................... 12
2.5 Canalizaciones y Cajas de paso............................................................................................ 13
vi
2.5.1 Tuberías ......................................................................................................................... 14
2.5.1.1 Tuberías tipo EMT .................................................................................................. 15
2.5.1.2 Tuberías tipo PVC ................................................................................................... 16
2.5.1.3 Tuberías tipo “Conduit” (IMC) ............................................................................... 16
2.5.2 Bandejas para cables ...................................................................................................... 17
2.5.3 Cajas de paso y cajetines................................................................................................ 17
2.6 Selección de protecciones .................................................................................................... 18
2.7 Tableros................................................................................................................................ 18
2.8 Centro de Control de Motores (CCM) ................................................................................. 20
2.9 Cuarto de medidores ............................................................................................................ 20
2.10 Principios básicos de distribución de media tensión.......................................................... 21
2.10.1 Acometida principal..................................................................................................... 21
2.10.2 Protección contra sobrecorriente.................................................................................. 22
2.10.3 Transformadores de Distribución ................................................................................ 22
2.11 Sistemas de emergencia ..................................................................................................... 24
2.11.1 Baterías ........................................................................................................................ 25
2.11.2 Grupo Generador ......................................................................................................... 25
2.11.3 Fuente de alimentación ininterrumpible ...................................................................... 26
2.11.4 Acometida separada ..................................................................................................... 27
2.12 Principios de puesta a tierra. .............................................................................................. 27
2.12.1 Electrodos de tierra ...................................................................................................... 27
2.12.2 Rejilla o red de tierra.................................................................................................... 28
2.12.3 Placa de tierra............................................................................................................... 28
2.12.4 Anillo de tierra ............................................................................................................. 28
vii
CAPÍTULO 3. MANUAL DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES ........ 29
3.1 Descripción de la planta ....................................................................................................... 29
3.2 Identificación de las zonas ................................................................................................... 30
3.3 Clasificación de las zonas .................................................................................................... 30
3.3.1 Zonas Inflamables.......................................................................................................... 31
3.3.2 Clase de Temperatura .................................................................................................... 32
3.4 Determinación del nivel de tensión de alimentación ........................................................... 34
3.5 Estimación de la demanda.................................................................................................... 34
3.5.1 Alumbrado ..................................................................................................................... 35
3.5.2 Tomacorrientes .............................................................................................................. 40
3.5.3 Fuerza............................................................................................................................. 44
3.5.4 Cargas esenciales ........................................................................................................... 45
3.5.4.1 Iluminación de emergencia...................................................................................... 45
3.5.5 Reservas ......................................................................................................................... 46
3.6 Determinación de la distribución y locación de los tableros eléctricos ............................... 47
3.6.1 Tablero principal............................................................................................................ 48
3.6.2 Tableros secundarios...................................................................................................... 48
3.7 Selección del calibre de los alimentadores........................................................................... 49
3.7.1 Criterio de capacidad de corriente ................................................................................. 50
3.7.2 Criterio de caída de tensión............................................................................................ 52
3.7.3 Selección del conductor de neutro ................................................................................. 54
3.7.4 Selección del conductor de puesta a tierra..................................................................... 54
3.8 Selección de la canalización................................................................................................. 55
3.8.1 Tuberías ......................................................................................................................... 56
viii
3.8.2 Bandejas portacables...................................................................................................... 57
3.9 Coordinación y ajustes de protecciones ............................................................................... 58
3.9.1 Selección de protección para conductores ..................................................................... 58
3.9.2 Selección de protección para motores............................................................................ 60
3.10 Selección de los tableros eléctricos.................................................................................... 62
3.11 Selección de los sistemas de transformación ..................................................................... 62
3.12 Selección del sistema de puesta a tierra ............................................................................. 64
3.12.1 Electrodos de tierra ...................................................................................................... 65
3.12.2 Sistemas de pararrayos................................................................................................. 67
3.13 Selección del sistema de emergencia ................................................................................. 69
CAPÍTULO 4: APLICACIÓN DEL MANUAL AL CASO DE UNA PLANTA
INDUSTRIAL FARMACÉUTICA............................................................................................ 70
4.1 Descripción de la planta ....................................................................................................... 70
4.2 Identificación de las zonas ................................................................................................... 72
4.3 Clasificación de las zonas .................................................................................................... 72
4.4 Determinación del nivel de tensión de alimentación ........................................................... 73
4.5 Estimación de la demanda.................................................................................................... 73
4.5.1 Alumbrado ..................................................................................................................... 73
4.5.2 Estimación del sistema de tomacorrientes ..................................................................... 77
4.5.3 Estimación del sistema de fuerza................................................................................... 80
4.6 Determinación de la distribución y ubicación de los tableros eléctricos ............................. 80
4.6.1 Tablero principal............................................................................................................ 80
4.6.2 Tableros secundarios...................................................................................................... 82
4.7 Selección del calibre de los alimentadores........................................................................... 82
ix
4.7.1 Criterio de capacidad de corriente ................................................................................. 82
4.7.2 Criterio de caída de tensión............................................................................................ 83
4.7.3 Selección del calibre del conductor del neutro .............................................................. 84
4.7.4 Selección del calibre del conductor de puesta a tierra ................................................... 85
4.8 Selección de la canalización................................................................................................. 86
4.9 Selección de protecciones .................................................................................................... 86
4.10 Selección del tablero eléctrico............................................................................................ 86
4.11 Selección del sistema de transformación ........................................................................... 88
4.12 Selección del sistema de puesta a tierra ............................................................................. 88
4.13 Selección del sistema de pararrayos................................................................................... 89
4.14 Selección del sistema de emergencia ................................................................................. 89
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................. 90
5.1 Conclusiones ........................................................................................................................ 90
5.2 Recomendaciones................................................................................................................. 91
CAPÍTULO 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 93
APÉNCIDE I. TABLAS DE REFERENCIA............................................................................ 96
APÉNDICE II. CÁLCULO DE LUMINARIAS .................................................................... 117
APÉNDICE III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ................................................................... 120
III.1 Estimación de la carga...................................................................................................... 120
III.1.1 Demanda Máxima...................................................................................................... 120
III.1.2 Factor de Demanda .................................................................................................... 121
III.1.3 Factor de Carga .......................................................................................................... 121
III.1.4 Factor de Diversidad .................................................................................................. 122
III.1.5 Factor de Simultaneidad ............................................................................................ 122
x
III.1.6 Factor de Utilización.................................................................................................. 123
III.1.7 Factor de Pérdidas...................................................................................................... 124
III.2 Selección del calibre del conductor.................................................................................. 124
III.2.1 Criterio de Capacidad de Conducción de Corriente .................................................. 124
III.2.2 Criterio de Caída de Tensión ..................................................................................... 127
xi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla I. Área de los conductores con calibres AWG .................................................................... 11
Tabla II. Área de los conductores con calibres MCM................................................................... 11
Tabla III. Calibre mínimo del conductor de acuerdo a su tensión nominal................................... 13
Tabla IV. Calibre mínimo de los conductores de puesta tierra de equipos para canalizaciones y
equipos........................................................................................................................................... 14
Tabla V. Clasificación de zonas según las sustancias inflamables presentes................................ 31
Tabla VI. Formulario del levantamiento de la clasificación de las zonas según las sustancias
inflamables .................................................................................................................................... 32
Tabla VII. Clasificación de Máxima Temperatura de Superficie. [Tabla 500.8(B) - CEN] ......... 33
Tabla VIII. Tipo de lámparas ........................................................................................................ 35
Tabla IX. Clase de Seguridad ........................................................................................................ 36
Tabla X. Nivel de Protección contra entrada de polvo, objetos sólidos y humedad de las
luminarias ...................................................................................................................................... 36
Tabla XI. Formulario de levantamiento de especificaciones de luminarias.................................. 37
Tabla XII. Iluminancia media por zona......................................................................................... 38
Tabla XIII. Formulario para el cálculo de luminarias por zona .................................................... 39
Tabla XIV. Reflectancias típicas del techo, pared y piso.............................................................. 39
Tabla XV. Estimación de la demanda del Sistema de Iluminación............................................... 40
Tabla XVI. Cantidad de tomacorrientes para diferentes niveles de tensión por zona................... 42
Tabla XVII. Estimación de la demanda del Sistema de tomacorrientes ....................................... 43
Tabla XVIII. Factores de demanda para cargas de tomacorrientes en unidades no residenciales 43
xii
Tabla XIX. Carga estimada de los equipos de fuerza a instalar .................................................... 44
Tabla XX. Formulario para la selección del conductor por el criterio de ampacidad................... 51
Tabla XXI. Formulario para la selección del calibre por el criterio de caída de tensión .............. 52
Tabla XXII. Capacidad de Distribución en A.m para cables monopolares de cobre, con
Aislamiento THW, en ducto magnético para 60 Hz y 75ºC para temperatura del conductor....... 53
Tabla XXIII. Selección del calibre de los conductores de fase, neutro y tierra ............................ 54
Tabla XXIV. Calibre mínimo de los conductores de puesta tierra de equipos para canalizaciones
y equipos. [Tabla 250-95 – CEN].................................................................................................. 55
Tabla XXV. Porcentaje de la sección transversal de conductos y tuberías para conductores.
[Tabla 1 - CEN] ............................................................................................................................. 56
Tabla XXVI. Formulario para el cálculo del diámetro de la tubería............................................. 57
Tabla XXVII. Corriente de diseño del dispositivo de protección contra sobrecarga del motor.... 60
Tabla XXVIII. Formulario para tableros de distribución .............................................................. 63
Tabla XXIX. Formulario para el levantamiento de los datos del transformador .......................... 64
Tabla XXX. Conductor del electrodo puesta a tierra para sistemas de corriente alterna. [Tabla
250.66 – CEN]............................................................................................................................... 67
Tabla XXXI. Formulario para determinar la instalación del sistema pararrayos.......................... 68
Tabla XXXII. Tipos de Sistemas de Emergencia y sus consideraciones ...................................... 69
Tabla XXXIII. Formulario de levantamiento de especificaciones de luminarias ......................... 73
Tabla XXXIV. Formulario para determinar el número de luminarias en la zona de Producción en
el área de Llenado.......................................................................................................................... 74
Tabla XXXV. Cantidad de luminarias e interruptores en el área de Producción.......................... 75
Tabla XXXVI. Estimación de la demanda del Sistema de Iluminación ....................................... 76
xiii
Tabla XXXVII. Cantidad de tomacorrientes para diferentes niveles de tensión en la zona de
Producción..................................................................................................................................... 78
Tabla XXXVIII. Estimación de la demanda del Sistema de tomacorrientes ................................ 79
Tabla XXXIX. Demanda de los tomacorrientes............................................................................ 79
Tabla XL. Carga estimada de los equipos de fuerza a instalar...................................................... 81
Tabla XLI. Selección del conductor por el criterio de ampacidad del Sistema de fuerza en la Zona
de Producción ................................................................................................................................ 83
Tabla XLII. Selección del calibre por el criterio de caída de tensión ........................................... 84
Tabla XLIII. Selección del calibre de los conductores de fase, neutro y tierra............................. 85
Tabla XLIV. Formulario para tableros de distribución ................................................................. 87
Tabla XLV. Formulario para determinar la instalación del sistema pararrayos............................ 89
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Cavidades utilizadas en el método [4] ............................................................................. 5
Figura 2. Sistema eléctrico típico para la generación, transmisión, distribución y utilización de
energía eléctrica [4] ....................................................................................................................... 23
Figura 3. Arreglo básico de Generador de Emergencia y Switch de Transferencia [4] ................ 26
Figura 4. Distribución de las áreas de VENFARPA – Planta Baja ............................................... 71
Figura 5. Distribución de las áreas de VENFARPA – Piso 1 ....................................................... 72
xiv
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
%
Porcentaje
°C
Grado centígrado
A
Amper
AIEE
(American Institute of Electrical Engineers). Instituto Americano de Ingenieros
Eléctricos
ANSI
American National Standards Institute
AWG
(American Wire Gauge) Normas Americanas de Cableado
CEN
Código Eléctrico Nacional
CM
Circular mil
Cleanroom
Área limpia que tiene un nivel controlado de contaminación
cm
Centímetros
EMT
(Electrical Metalic Tubing). Tubería Metálica Eléctrica
ENT
Tubería Eléctrica No Metálica
HP
(Horse power). Caballo de fuerza
I
Corriente
IEEE
(Institute of Electrical and Electronics Engineers). Instituto de Ingenieros
Electricistas y Electrónicos
IES
Iluminating Engineering Society
IMC
(Intermediate Metal Conduit). Tubo metálico intermedio
ISO
(International Standards Organization). Organización Internacional de
Normalización
xv
kV
Kilo Voltio
kVA
Kilo Voltio Amper
kW
Kilo Vatio
m2
Metro cuadrado
mm2
Milímetro cuadrado
MGB
(Master Ground Bar). Barra principal de conexión a tierra
PVC
Policloruro de Vinilo
R
Resistencia
UL
(Underwriters Laboratories Inc). Institución dedicada al reconocimiento y
aprobación de productos eléctricos y electrónicos acorde a sus propias normas.
UPS
(Uninterruptible Power System). Sistema de potencia ininterrumpida
V
Voltio
VA
Voltio Amper
W
Vatio
ΔV
Caída de tensión
xvi
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN
El proyecto de una instalación eléctrica tiene como función principal garantizar un
servicio eléctrico adecuado, dentro de ciertas condiciones indispensables como lo son, ofrecer un
alto grado de seguridad a las personas y a los equipos relacionados con el mismo, ser un proyecto
económicamente justificable en el que además se considere la posibilidad de expansión de la
instalación en un futuro. Es imperante brindar confiabilidad, flexibilidad y facilidad de operación
y mantenimiento en dicha instalación.
1.1 Antecedentes
Este proyecto se desarrolla con el fin de concentrar las exigencias reglamentarias y
orientaciones existente en las referencias técnicas legal para instalaciones eléctricas industriales,
ya que la bibliografía y normativa actual es muy amplia y se encuentra dispersa.
1.2 Importancia
Este manual tiene finalidad práctica y persigue servir como ayuda al proyectista ya que es
una guía para el diseño de las instalaciones eléctricas industriales cumpliendo los requerimientos
del CEN, en el que se definen los requisitos mínimos de seguridad para garantizar el buen
funcionamiento de una instalación eléctrica con el propósito de proteger los recursos humanos y
materiales, en miras de velar por una instalación segura y confiable.
1
2
Así mismo, este manual ofrece sencillez y flexibilidad que requiere toda instalación
eléctrica, realizando un diseño de forma ordenada, siguiendo paso a paso los lineamientos
obligatorios, ciertas recomendaciones basadas en la experiencia de proyectistas reconocidos y
considerando algunos materiales que se encuentran en el mercado.
1.3 Alcance
Adoptando los fundamentos y criterios establecidos en el Código Eléctrico Nacional se
desarrolla un manual que se basa en los criterios de diseño básicos para una instalación eléctrica
industrial y abarca los siguientes aspectos:
Ingeniería conceptual de las instalaciones eléctricas de una planta industrial.
Clasificación de las cargas.
Clasificación de las zonas.
Estimación de la demanda de una planta industrial utilizando como soporte las normas del
Código Eléctrico Nacional.
Determinación del sistema de iluminación a partir del método de los Lúmenes.
Determinación de la distribución de la carga total por zona o ubicación.
Diseño del sistema de iluminación y locación de los tableros eléctricos.
Cálculo de los alimentadores.
Diseño de las canalizaciones eléctricas y dimensionamiento de circuitos ramales de fuerza
e iluminación.
Coordinación y ajustes de protecciones.
Selección de los tableros eléctricos.
3
Diseño y especificaciones del sistema de transformación de media tensión.
Selección del sistema de puesta a tierra.
Para el desarrollo del manual de diseño de una instalación eléctrica industrial se divide en
fases para facilitar el diseño de la instalación eléctrica: fijación de criterios en base a las
necesidades del proyecto, estimación de cargas, punto clave para la selección del conductor,
canalización, protección del sistema, tableros principales y dimensionamiento de la acometida.
1.4 Objetivo general
Realizar un manual para el diseño de las instalaciones eléctricas industriales, utilizando
como caso ejemplo una planta industrial farmacéutica, con finalidad de identificar y usar los
criterios generales utilizados en este tipo de instalación.
CAPÍTULO 2: FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1 Iluminación
El cálculo de la cantidad de luminarias a partir de la iluminancia requerida en determinado
espacio se diseña por el método del Lumen el cual toma en cuenta las interreflexiones de luz en el
interior de un cuarto. [3]
La iluminación promedio sobre el plano de trabajo es igual al flujo luminoso incidente por
unidad de área, y viene dado por:
E=
φ
A
(1)
En donde,
E = Iluminancia (lux)
Φ = Flujo luminoso (lumens)
A = Área (m2)
Los lúmenes que cubren el plano de trabajo son igual que los lúmenes de lámpara (ΦL)
multiplicados por el coeficiente de utilización (CU). Este factor es una función de las
dimensiones y acabado del cuarto, de la altura de montaje del aparato lumínico, de su tipo y de la
altura del plano de trabajo.
4
5
Figura 1. Cavidades utilizadas en el método [4]
Adicionalmente, se considera un factor de pérdida de luz (LLF por sus siglas en inglés
Light Loss Factor) ya que los lúmenes de las lámparas disponibles inicialmente pueden verse
reducidos conforme el tiempo pasa debido al sucio acumulado, baja tensión y temperatura
ambiente entre otros, de manera que la iluminación mantenida Em se expresa así:
Em =
φ L ⋅ CU ⋅ LLF
A
(2)
El coeficiente de utilización se deduce utilizando el método de cavidad por zonas, el cual
se basa en el concepto de dividir el cuarto en tres cavidades: El espacio entre el techo y la
luminaria es la cavidad del cielo raso, el espacio entre la luminaria y el plano de trabajo es la
cavidad del cuarto, y el espacio entre el plano de trabajo y el piso es la cavidad del piso. Para
cada una de ellas se calcula una razón de cavidad:
6
(3)
CCR = Razón de cavidad del techo
hcc = Altura de la cavidad del techo
L = Longitud del cuarto
W = Ancho del cuarto
RCR =
5 ⋅ hrc (L + W )
L ⋅W
(4)
RCR = Razón de cavidad del cuarto
hrc = Altura de la cavidad del cuarto
FCR =
5 ⋅ h fc (L + W )
L ⋅W
(5)
FCR = Razón de cavidad del piso
hfc = Altura de la cavidad del piso
Para los aparatos lumínicos superficiales y empotrados hcr = 0 por tanto CCR es igual a
cero.
Adicionalmente, el coeficiente de utilización se halla una vez conocidas las reflectancias
del techo, pared y piso, la tabla para el cálculo del coeficiente de utilización la proporcionan los
fabricantes de los distintos artefactos, así mismo en el IES Handbook se encuentran los datos
7
típicos; generalmente se considera una reflectancia efectiva de la cavidad del piso de 20%. Dicha
tabla se puede encontrar en el apéndice I.
De manera que la cantidad de luminarias requeridas para un espacio determinado se puede
obtener mediante la ecuación (6).
N º lu min arias =
E⋅A
φ ⋅ CU ⋅ LLF
(6)
2.2 Alimentadores
El alimentador son todos los conductores de un circuito entre el equipo de acometida, la
fuente de suministro de un sistema derivado separadamente u otra fuente de suministro, y el
último dispositivo de sobrecorriente del circuito ramal.
2.3 Circuito ramal
El concepto de circuito engloba la idea de un sistema cerrado, que conecta eléctricamente
la fuente de energía o de alimentación y el receptor de ésta, va entre el último dispositivo de
sobrecorriente que protege el circuito y la(s) salida(s). Según como lo define el Código Eléctrico
Nacional, constituye el elemento básico de la instalación eléctrica ya que a partir de su diseño, se
estructura en pasos sucesivos todo el sistema eléctrico.
8
Así pues al estar ubicadas las cargas que se van a suplir se trazan lo circuitos ramales que
alimentan las salidas agrupando las cargas de la forma más conveniente y determinando así las
necesidades que debe cumplir el sistema de alimentadores.
Entre los componentes básicos del sistema eléctrico se encuentran los conductores, que es
el elemento de enlace entre la fuente de alimentación y la carga, y las canalizaciones eléctricas
que son los elementos que conducen a los conductores.
2.4 Conductores eléctricos
Los conductores están conformados por tres partes:
•
El alma o elemento conductor, fabricado de cobre o aluminio; según su
constitución puede ser: alambre o cable, según el número de conductores puede
ser: monoconductor o multiconductor.
•
El aislamiento, que se explicará en el punto 2.5.1 y,
•
Las cubiertas protectoras, utilizadas para proteger la integridad del aislamiento y el
alma conductora.
Los conductores eléctricos pueden tener diferentes formas: hilos, barras rectangulares,
barras circulares, etc. Los materiales de los conductores típicamente utilizados en las
instalaciones eléctricas son el cobre y el aluminio por ofrecer una buena conductividad a un costo
razonable.
9
El aluminio posee menor conductividad eléctrica que el cobre aproximadamente en un
16% y es más liviano, lo que resulta más económico al hacer un cálculo comparativo. A pesar de
estas diferencias el cobre es preferido en el mercado por sus propiedades mecánicas.
Para la selección del conductor es importante tener en cuenta los agentes que influyen
durante su funcionamiento, los más relevantes son: mecánicos, químicos y eléctricos.
Entre los agentes mecánicos que pueden afectar se encuentran: presión mecánica,
abrasión, elongación y doblez a 180º, siendo los más comunes agentes externos como el
desempaque, manejo e instalación del conductor que le pueden causar daño ocasionando fallas de
operación al sistema.
Los agentes químicos dependen directamente de los contaminantes que se encuentran en
el lugar de la instalación y se clasifican en: Agua o humedad, hidrocarburos, ácidos y álcalis. El
aislamiento del conductor se determina según las necesidades ante la acción de los contaminantes
presentes, ya que estos pueden variar en espesor y capas de aislamiento.
2.4.1 Aislamiento de los conductores
Para el aislamiento de los conductores las denominaciones varían dependiendo de su
utilización o tipo de fabricante, por ejemplo el material termoplástico se identifica como tipo T, y
su designación según la norma UL (Underwriters Laboratories Inc.) se indica a continuación:
TW, THW, THHN, TTU. También se encuentran los polímeros que se identifican como: R, RW,
RHW, RH, RHH.
10
Para seleccionar el tipo de aislamiento de los conductores, se debe considerar la capacidad
para resistir diversos aspectos a los que están expuestos en la instalación, como el tipo de lugar de
la instalación:
Lugares Secos y Húmedos: Los conductores aislados y cables usados pueden ser de los
tipos: FEP, FEPB, MTW, PFA, RHH, RHW, RHW-2, SA, THHN, THW, THW-2, THHW,
THHW-2, THWN, THWN-2, TW, XHH, XHHW, WHHW-2 ó ZW.
Lugares Mojados: Los conductores aislados y los cables usados serán impermeables a la
humedad con forro metálico de los tipos: MTW, RHW, RHW-2, TW, THW, THW-2, THHW,
THHW-2, THWN, THWN-2, XHHW, XHHW-2, ZW; o de un tipo aprobado para el uso en
lugares mojados.
Como último aspecto se tienen los agentes eléctricos, las condiciones de operación de la
instalación vienen determinadas por la rigidez dieléctrica del aislamiento de los conductores,
debido a que determina la diferencia de potencial establecida por los límites de seguridad, el
aislamiento de los conductores permite soportar sobrecargas transitorias o impulsos de corrientes
por cortocircuito.
2.4.2 Calibre de los conductores eléctricos
Los conductores se identifican por el número del calibre que por lo general siguen el
sistema de designación americano AWG (American Wire Gauge por sus siglas en inglés). En
11
caso de tener un área mayor se emplea una unidad denominada circular mil (sección de un círculo
que tiene un diámetro de un milésimo de pulgada). Por ejemplo 1 mm2 = 1974 CM. En la tabla I
se muestran en orden ascendente los calibres AWG de uso común y su área correspondiente.
Tabla I. Área de los conductores con calibres AWG
Calibre (AWG)
Área (mm2)
12
3.31
10
5.27
8
8.35
6
13.30
4
21.20
2
33.60
1/0
53.5
2/0
67.4
4/0
107
En la tabla II se muestra el área respectiva de los conductores con calibre MCM
convencionales.
Tabla II. Área de los conductores con calibres MCM
Calibre (MCM)
Área (mm2)
250
126.644
350
177.354
500
253.354
2.4.3 Selección del calibre del conductor
Se emplean dos criterios para escoger el calibre adecuado para el conductor:
12
•
Capacidad de conducción de corriente: representa la máxima corriente que puede
circular por un conductor considerando las propiedades del mismo sin producir
daño.
•
Caída de tensión: cálculo que considera las pérdidas por el conductor.
Además de las dos condiciones necesarias para escoger el calibre del conductor el CEN
recomienda considerar el calibre mínimo permitido según su tensión nominal y tipo de
instalación.
2.4.4 Calibre mínimo y capacidad de los circuitos ramales
La capacidad máxima del conductor se determina a través de la potencia, la cual está
expresada por el producto de la tensión por la corriente. El calibre mínimo permitido para los
circuitos ramales es el THW # 12 AWG de cobre o # 10 de aluminio recubierto de cobre. En la
tabla 310.16 del CEN que se muestra en el apéndice se indican las capacidades de corriente (A)
permisibles de conductores aislados de 0 a 2000 V y de 60 º C a 90 º C no más de tres
conductores activos en una canalización, cables o directamente enterrados, para una temperatura
ambiente de 30 º C.
2.4.5 Selección del conductor puesto a tierra
El conductor de puesta a tierra conecta el chasis de los equipos, circuitos y/o
canalizaciones al electrodo de puesta a tierra, para determinar dicho calibre se emplea la tabla IV
extraída del CEN (referencia 250-95) que se muestra a continuación. El calibre se determina en
13
función a la capacidad nominal del dispositivo automático de sobrecorriente ubicado del lado de
la alimentación.
Tabla III. Calibre mínimo del conductor de acuerdo a su tensión nominal
Tensión nominal del
conductor
Calibre mínimo del
conductor
(Volt)
(AWG)
14 De Cobre
De 0 a 2000
12 De aluminio o aluminio
recubierto de cobre
8
2
1
1/0
De 2001 a 8000
De 8001 a 15000
De 15001 a 28000
De 28001 a 35000
2.5 Canalizaciones y Cajas de paso
Las canalizaciones se utilizan en una instalación eléctrica dependiendo del alcance a
cubrir, para proteger el conjunto de conductores o alimentadores por razones climáticas,
mecánicas o de seguridad. Dichas canalizaciones pueden ser clasificadas de la siguiente forma:
•
A la vista.
•
Embutidas: Oculta en muros e inaccesible en forma directa.
•
Ocultas: No a la vista, pero accesible en toda su extensión.
•
Subterráneas: Bajo tierra.
14
Tabla IV. Calibre mínimo de los conductores de puesta tierra de equipos para canalizaciones y equipos
Capacidad nominal o ajuste
máximo del dispositivo
automático de sobrecorriente
ubicado del lado de la
alimentación
(A)
15
20
30
Cable de
Cobre
N°
14
12
10
Cable de Aluminio o
de Aluminio
recubierto de Cobre *
N°
12
10
8
40
60
100
10
10
8
8
8
6
200
300
400
6
4
3
4
2
1
500
600
800
2
1
1/0
1/0
2/0
3/0
1000
1200
1600
2/0
3/0
4/0
4/0
250 Kcmil
350 Kcmil
2000
2500
3000
250 Kcmil
350 Kcmil
400 Kcmil
400 Kcmil
600 Kcmil
600 Kcmil
4000
500 Kcmil
5000
700 Kcmil
6000
800 Kcmil
* Véanse las restricciones de instalaciones señaladas en el Artículo 250-92(a).
800 Kcmil
1200 Kcmil
1200 Kcmil
NOTA: Para cumplir lo establecido en el Artículo 250-51, los conductores de puesta a tierra de los equipos podrían
ser de mayor calibre que lo especificado en esta Tabla.
2.5.1 Tuberías
Las tuberías son uno de los elementos más importantes, se encargan de resguardar los
conductores desde la fuente de alimentación hasta la carga, éstas puede ser de dos tipos:
embutidas o a la vista.
15
Las dimensiones de la tubería dependen directamente del número de conductores que
protege, considerando un espacio libre que se habilita con la finalidad de disipar el calor de los
alimentadores, por tal razón se diseña una relación entre la sección del tubo y la de los
conductores, llamada factor de relleno que viene dado por:
FR =
AC
A
(7)
en donde:
FR = factor de relleno.
Ac = área total de los conductores.
A = área interior de la tubería.
Los porcentajes de los factores de relleno para obtener la sección transversal de los
conductores, se indican en la tabla Nº 1 del capítulo 9 del CEN.
2.5.1.1 Tuberías tipo EMT
El artículo 358 del CEN explica todas las disposiciones generales respecto a este tipo de
tuberías, tales como su uso, instalación y especificaciones de fabricación. Generalmente esta
tubería metálica conocida como tipo EMT se utiliza en canalizaciones embutidas.
El tamaño a utilizar oscila desde 1/2 pulgada hasta un máximo de 4 pulgadas. El área de
las tuberías que puede ser ocupada por los conductores se encuentra en la tabla 4 del capítulo 9
del CEN, Dimensiones y área porcentual de los tubos y tuberías, igualmente en el apéndice I se
16
encuentra la tabla que indica la cantidad de conductores máximos en los distintos tamaños de
tuberías tipo EMT, de acuerdo al porcentaje de ocupación permisible.
2.5.1.2 Tuberías tipo PVC
Al igual que las tuberías tipo EMT, estas tuberías también son utilizadas en canalizaciones
embutidas, se clasifican como no metálicas y tienen la propiedad de ser autoextinguible,
resistente al aplastamiento, humedad y a ciertos agentes químicos. En cuanto a las tablas
referenciales concernientes a la capacidad máxima de ocupación de la canalización estas se
encuentran en el apéndice I.
2.5.1.3 Tuberías tipo “Conduit” (IMC)
Estas tuberías se utilizan por lo general en instalaciones a la vista, las cuales requieren de
diversos elementos de sujeción tales como, abrazaderas o estructuras de soporte. El artículo 360
del CEN explica todas las disposiciones generales respecto este tipo de tuberías, tales como su
uso, instalación y especificaciones de fabricación.
Los diámetros de este tipo de tubería están establecidos dentro del mismo rango que para
las tuberías tipo EMT. En el apéndice I se encuentra la información relacionada al área de
ocupación porcentual de las tuberías y la cantidad máxima de conductores de acuerdo a su
calibre.
17
2.5.2 Bandejas para cables
Un sistema de bandejas es un conjunto de unidades o secciones que junto a sus accesorios
conforman una estructura rígida para soportar cables, existen abiertas o cerradas modelo escalera
con fondo de metal expandido o metálico, representando un elemento importante en las
canalizaciones
En cuanto al número de conductores, el CEN indica en el artículo 366.6, que no tendrán
más de 30 conductores de potencia y que la suma de las secciones transversales de los
conductores contenidos no supere el 20% de la sección transversal interior del canal metálico.
Las extensiones de los canales metálicos con tapa se harán con los siguientes tipos de
tubo: metálico rígido, metálico flexible, metálico intermedio, eléctrico metálico (EMT),
canalizaciones metálicas de superficie o cable metálico blindado.
2.5.3 Cajas de paso y cajetines
Son los elementos utilizados para prevenir derivaciones y empalmes de conductores de
manera insegura, hacia las conexiones de éstos con las protecciones, interruptores para
iluminación, tomacorrientes, maniobras. Dichos elementos se ubican al final y en medio de los
circuitos, en cuanto al material y dimensiones requeridas se encuentran especificadas en el CEN
en la sección 314. Por lo general, las cajas deben tener un 40% del espacio interior libre.
18
2.6 Selección de protecciones
Los dispositivos de protección son necesarios para preservar la vida útil de los equipos e
instalaciones eléctricas ante fallas que puedan ocurrir en el sistema, es por esto que hacer una
correcta selección de éstos proporcionará un buen servicio y seguridad en el mantenimiento de
los equipos.
Las protecciones a utilizar son interruptores automáticos, están diseñados para operar el
circuito en circunstancias anormales de corriente, el disparo se produce para un cierto valor de
corriente. Existen dos tipos de estos interruptores, electromagnéticos en aire y termomagnéticos
en caja moldeada.
Los interruptores electromagnéticos son utilizados en subestaciones y tableros; y los
termomagnéticos son instalados a nivel residencial, comercial, industrial, etc. Los
termomagnéticos son diseñados para un tiempo fijo de disparo.
2.7 Tableros
Los tableros cumplen la función de recibir la energía eléctrica y distribuirla por medio de
conductores a las cargas de los circuitos derivados, éstos se protegen individualmente para
sobrecorrientes y cortocircuito por medio de fusibles o interruptores termomagnéticos.
Los diferentes tipos de tableros son [6]:
19
•
Tablero de alumbrado tipo NLAB: utilizado para la protección y corte de circuitos
de iluminación, tomacorrientes y cargas menores como pequeños equipos de aire
acondicionado, máquinas de oficinas, etc. Sus características principales son:
o Barras principales: 225 A máx
o Tensión de trabajo: 240 / 120 VAC @ 60 Hz
o Servicio: 3Ф (4 hilos), 2Ф (3 hilos) y 1Ф (2 hilos).
o Capacidad de cortocircuito: 10 kA Icc (RMS) @ 240 VAC
o Número de circuitos: 12, 18, 24, 30, 36 y 42
•
Tablero de alumbrado y distribución NAB: utilizado para la protección y corte de
circuitos de iluminación y pequeñas cargas de alimentadores que posteriormente
son protegidos por otros dispositivos, como arrancadores, seccionadores, etc.
Normalmente alimentan circuitos ramales de: maquinarias de pequeñas potencias,
las cuales poseen en forma integrada su panel de control. Sus características
principales son:
o Barras principales: 400 A máx
o Tensión de trabajo: 240 / 120 VAC @ 60 Hz
o Servicio: 3Ф (4 hilos) y 2Ф (3 hilos)
o Capacidad de cortocircuito: 65 kA Icc (RMS) @ 240 VAC
o Número de circuitos 12, 18, 24, 30, 36 y 42
•
Tablero de alumbrado y distribución tipo NHB: su utilización y características son
similares al tablero NAB, lo que los diferencia es que éste trabaja con una tensión
20
de 480/277 VAC y su capacidad de cortocircuito es de 25 kA Icc (RMS) @ 480
VAC y de 18 kA Icc (RMS) @ 600 VAC.
•
Tablero de distribución tipo CELDAS o CDEP-1: su utilización, básicamente es la
misma que las del NHB, la diferencia es que la capacidad de corriente es mucho
mayor, las barras principales son de 600 A máx, y su tensión de operación es 480
VAC @ 60 Hz.
2.8 Centro de Control de Motores (CCM)
Es un tablero utilizado para instalar los componentes del alimentador de los motores y de
sus circuitos derivados, además de sus protecciones correspondientes. Es importante para que los
motores de una instalación o de una zona se alimenten en forma centralizada, de manera que un
solo operador pueda controlar fácilmente todo un complejo donde se encuentran los mandos,
protecciones e instrumentos de medición.
Para diseñar un CCM, se debe elaborar una lista indicando los siguientes datos de cada
motor: potencia (HP o kW), total de unidades, demanda total, tensión de operación y corriente
nominal a plena carga. Para corriente de arranque de motores el CEN especifica en su artículo
430 todo lo referente a este punto.
2.9 Cuarto de medidores
Los cuartos de medidores son los espacios utilizados para la ubicación de los módulos de
medición, que a su vez incluyen todos los equipos del sistema de medición y de protecciones
21
necesarias del sistema eléctrico. Se debe garantizar libre acceso para la compañía eléctrica
encargada de realizar la medición.
Estos centros deben estar separados de depósitos de basura, tuberías o centros de
medidores de gas, depósitos de materiales combustibles, depósitos de productos químicos
inflamables, ambientes de alta contaminación industrial. No deben obstaculizar vías de escape o
emergencia.
2.10 Principios básicos de distribución de media tensión
Un sistema de distribución está conformado por diversos componentes, la acometida
principal de llegada de la compañía de servicio, las protecciones necesarias en todo el sistema, los
transformadores distribuidos alrededor del inmueble para obtener la tensión a la que se desea
realizar la distribución interna en baja tensión, en caso de tener sistemas preferenciales o de
emergencia se debe considerar la utilización de plantas de emergencia para suplir la carga en caso
de falla.
2.10.1 Acometida principal
La acometida principal es suministrada por la compañía de servicio y se encarga de
entregar energía eléctrica desde un sistema de suministro eléctrico al sistema de cableado del
centro de consumo. Estos conductores son de tipo subterráneo o aéreo y debe contar con el
aislamiento de acuerdo al nivel de tensión de servicio además de la protección para las
condiciones atmosféricas a las que se encuentre expuesto.
22
2.10.2 Protección contra sobrecorriente
Según el artículo 230.90 del CEN todos los conductores activos se deben proteger contra
sobrecorrientes por cualquiera de estos procedimientos:
•
Relé de sobrecorriente y transformadores de corriente: debe existir como mínimo tres.
•
Fusibles: debe haber un fusible en serie con cada conductor activo.
También en el artículo 230.71 especifica los casos en que se utilizarán los siguientes
dispositivos de interrupción de circuitos:
•
Interruptores automáticos.
•
Fusibles de potencia y portafusibles.
•
Cortacorrientes y fusibles de alta tensión- tipo expulsión.
•
Cortacorrientes en aceite.
•
Interruptores de carga.
2.10.3 Transformadores de Distribución
Los transformadores de distribución son transformadores reductores, convierten la tensión
del sistema de distribución primario a un valor menor deseado, el cual se conoce como tensión de
utilización. [7]
Estos se encuentran entre los alimentadores primarios en media tensión conectados a
través de un fusible primario, que se encarga de desconectar en caso de una falla en el
23
transformador o un cortocircuito, y el sistema de distribución secundario (circuito derivador) que
puede estar protegido igualmente por un fusible o por interruptores de los circuitos secundarios.
En la siguiente figura se ilustra el esquema del sistema eléctrico.
Figura 2. Sistema eléctrico típico para la generación, transmisión, distribución y utilización
de energía eléctrica [4]
El tipo de transformador depende de su ubicación entre las más comunes para esta
aplicación se encuentran los sumergibles, tipo poste y tipo pedestal o Pad Mounted instalados en
exteriores y vienen con demandas estandarizadas: 45 kVA, 75 kVA, 112,5 kVA, 150 kVA, 225
kVA, 300 kVA, 500 kVA, 750 kVA, 1000 kVA, 1500 kVA, 2000 kVA, 2500 kVA, 3000 kVA,
3750 kVA y 5000 kVA.
Cada transformador es dimensionado de acuerdo a la carga que debe suplir en cada sector
donde sean instalados, teniendo en cuenta los diversos factores para la estimación de la demanda.
La impedancia propia de los transformadores afecta la regulación de la tensión y la magnitud de
las corrientes de corto circuito que circulan por los devanados en caso de fallas.
24
Adicionalmente, en una instalación industrial o comercial en baja tensión existe una etapa
adicional de transformación para cubrir los sistemas que operan a una tensión diferente del
circuito secundario, motores pequeños, sistema de iluminación, y equipos de fuerza o
tomacorrientes. Existen varios niveles de tensión normalizados entre los cuales se tiene:
480V/277V, 416V/240V y 208/120V, este último se utiliza generalmente como alimentación de
los tableros de fuerza para áreas comunes.
2.11 Sistemas de emergencia
Estos sistemas están diseñados para suministrar energía automáticamente y/o mediante
accionamiento voluntario a determinadas cargas críticas y equipos en caso de falla del suministro
normal o en caso de falla de elementos del sistema diseñado para suministrar, distribuir y
controlar la fuerza e iluminación indispensables para la seguridad de la vida humana.
Entre los requisitos de estos sistemas, el suministro de energía debe ser tal que, en caso de
falla del suministro normal de los suscriptores, el alumbrado, la energía de emergencia o ambos,
estén disponibles dentro del tiempo requerido para tal aplicación, que en todo caso, no debe
exceder de 10 segundos.
Existen varios tipos de Fuentes de alimentación entre las cuales se puede mencionar:
Baterías, Grupo Generador, Fuente de alimentación Ininterrumpible, Acometida separada.
25
2.11.1 Baterías
Las baterías instaladas como fuente de alimentación para sistemas de emergencia deben
ser de régimen y capacidad adecuados para suministrar y mantener la carga total, durante un
periodo de por lo menos una hora y media, sin que la tensión eléctrica aplicada a la carga caiga
por debajo de 87,5% de lo normal.
Las baterías, ya sean de tipo ácido o alcalino, deben estar diseñadas y construidas para
servicio de emergencia, sólo en el caso de las baterías plomoácido que necesitan la adición
periódica de agua, deben estar provistas de envases transparentes o translúcidos; las baterías de
uso automotriz no están calificadas para esta utilidad. Adicionalmente, se debe proveer un medio
de carga automática de las baterías y ser compatibles con el tipo de cargador de la instalación
particular.
2.11.2 Grupo Generador
El Grupo Generador debe poseer los medios necesarios para el arranque automático de la
fuerza motriz cuando falle el servicio normal, y para la transferencia y operación automática de
todos los circuitos eléctricos requeridos, en caso de que la planta de emergencia tarde más de diez
(10) segundos para generar energía se provee una fuente auxiliar que alimente los servicios
críticos hasta que ésta asuma la carga.
Cuando se use como fuerza motriz un motor de combustión interna, debe proveerse la
cantidad suficiente de combustible para el funcionamiento del sistema por un lapso no menor de
dos horas a plena carga, ya que no debe depender exclusivamente del servicio público para la
26
alimentación de combustible, o de la fuente de agua municipal para el enfriamiento del sistema.
Se deben proveer medios para transferir automáticamente de un suministro de combustible a otro,
cuando se use doble alimentación.
Figura 3. Arreglo básico de Generador de Emergencia y Switch de Transferencia [4]
Los dispositivos de protección contra sobrecorriente de los circuitos derivados de
emergencia, deben ser accesibles solamente a personas calificadas. Los interruptores automáticos
y los fusibles para la protección contra sobrecorriente de circuitos de emergencia, aumentan la
confiabilidad del sistema cuando están coordinados para asegurar la separación selectiva de las
corrientes eléctricas de falla.
2.11.3 Fuente de alimentación ininterrumpible
Estos equipos (UPS) deben cumplir con las condiciones establecidas para las baterías y
grupo generador.
27
2.11.4 Acometida separada
En el caso de que la empresa suministradora de energía lo permita se puede utilizar una
acometida eléctrica para uso de emergencia de tipo aérea o subterránea, y debe estar
suficientemente separada de la acometida del servicio normal para disminuir la posibilidad de una
interrupción simultánea del suministro.
2.12 Principios de puesta a tierra.
Este sistema se basa en la conexión física entre las partes metálicas de un equipo eléctrico
y tierra, de esta forma se limita la tensión en las partes metálicas de los equipos para evitar que
alcancen valores peligrosos para la vida de un ser humano, además de evitar el acumulamiento de
cargas electrostáticas que podrían provocar explosiones. Adicionalmente, la conexión de puesta a
tierra crea un camino de baja impedancia para el drenaje de la corriente, en el caso que se
presente falla de aislamiento del equipo.
Existen varios tipos de puesta a tierra: [8]
2.12.1 Electrodos de tierra
Barra conductora enterrada usada para reunir o disipar la corriente a tierra, la cual debe
poseer no menos de 2,4 m de longitud y sección comercial 5/8 pulgadas (15,78 mm de diámetro)
y el extremo superior del electrodo debe quedar a nivel del piso a menos que esté protegido
contra daño físico. Los electrodos de hierro o acero deben tener una superficie exterior
galvanizada o revestida de cualquier otro metal que lo proteja contra la corrosión.
28
2.12.2 Rejilla o red de tierra
Es un arreglo horizontal de electrodos interconectados que proporciona un punto común
de tierra para dispositivos eléctricos o estructuras metálicas.
2.12.3 Placa de tierra
Consiste en una lámina sólida metálica que a menudo se coloca en sitios pocos profundos
encima de una red de tierra o en otra parte de la superficie, con el propósito de obtener una
medida extra de protección minimizando el daño de la exposición a altas tensiones de paso y de
contacto en áreas críticas de operación o en áreas que son frecuentemente transitadas. Una forma
común de la placa de tierra es una malla de cable puesta directamente bajo la piedra picada, cada
electrodo de placa debe tener una superficie útil de contacto con el suelo de al menos 0,2 m2. Los
electrodos de hierro o de placa de acero serán de un espesor mínimo de 6 mm, mientras que los
electrodos de metales no ferrosos serán de un espesor mínimo de 1.5 mm.
2.12.4 Anillo de tierra
Un anillo de tierra consiste en un conductor de cobre desnudo no menor al calibre N° 2,
de longitud no menor a 6 m, enterrado en contacto directo con el suelo a no menos de 80 cm del
nivel del terreno y que rodee el inmueble o estructura.
En cuanto a las tuberías metálicas de gas y los electrodos de aluminio no están permitidos
para ser utilizados como electrodos de puesta a tierra.
CAPÍTULO 3.
INDUSTRIALES
MANUAL
DE
INSTALACIONES
ELÉCTRICAS
Los requerimientos de diseño varían según el tipo de instalación proyectada ya sea
residencial, comercial e industrial. En este manual se plantean los criterios de diseño a considerar
en una instalación eléctrica industrial para el desarrollo de un proyecto nuevo o remodelación.
El manual consta de formularios que permiten recopilar la información necesaria para
aplicar los criterios de diseño que se señalan en el mismo. Adicionalmente se desarrolló una
herramienta básica con el software Microsoft Office Excel que permite realizar los cómputos
métricos elementales para el cálculo y selección del calibre del conductor de las fases
considerando los diferentes criterios, conductor del neutro y de puesta a tierra, y la selección de
los dispositivos de protección. Así mismo se cuenta con una herramienta para el cálculo de la
cantidad de luminarias en cierta área según el nivel de iluminación requerido.
3.1 Descripción de la planta
Es necesario identificar la producción de la planta para establecer las necesidades y las
limitantes o restricciones en cuanto al diseño del sistema eléctrico. Además se requiere conocer el
uso de los ambientes, la ubicación geográfica y las dimensiones de la construcción.
29
30
Se debe contar con el plano del diseño arquitectónico, en el que se muestra la estructura
de la planta, ésta puede sectorizar en líneas generales de la siguiente manera: un área de
producción, control de calidad, almacén, oficinas, servicios básicos, servicios críticos, áreas
exteriores y otras áreas comunes como pasillos, etc., pero esto dependerá exclusivamente del
plano con el diseño arquitectónico.
Una vez que se conocen los equipos a utilizar y su ubicación dentro de la planta se
establecen las necesidades del servicio eléctrico.
3.2 Identificación de las zonas
Es importante dividir el área de trabajo en sectores para facilitar los cómputos,
asignándole un código de identificación (ID) a cada área rectangular según la distribución
espacial en el plano, pensando en el cálculo de las luminarias que se explicará más adelante.
Adicionalmente se recomienda identificar el tipo de carga presente por zona, por ejemplo,
en el área de oficinas los tipos de carga por sistema más comunes son: iluminación,
tomacorrientes y si existe algún equipo que requiera un sistema de energía de respaldo se incluye
en las cargas esenciales.
3.3 Clasificación de las zonas
En el CEN desde la sección 500 hasta la 504 se cubren los requisitos para los equipos
eléctricos, electrónicos y el cableado para todas las tensiones, en las zonas donde pueda existir
31
riesgo de incendio o explosión debido a la presencia de gases o vapores inflamables, líquidos
inflamables, polvos combustibles, fibras o partículas inflamables en suspensión.
3.3.1 Zonas Inflamables
El resumen de la clasificación de las zonas según las sustancias inflamables presentes en
un espacio se presenta en la tabla V que se muestra a continuación [9]:
Tabla V. Clasificación de zonas según las sustancias inflamables presentes
Grupo
A
B
C
D
E
F
G
Clase I (Gases)
Clase II (Polvos)
Acetileno.
Hidrógeno, Óxido de Etileno, Óxido
de Propileno.
Éter, Sulfuro de Hidrógeno.
Metanol, Acetona, Bencina, Gasolina,
Naphta.
Polvos metálicos (todos los metales).
Polvos carboreos: carbón, asfalto, etc.
Polvos no conductores: grano, medicinas,
pesticidas, plásticos.
División 1: Zona de alto riesgo, ambiente en el cual existen condiciones de inflamabilidad con
alta frecuencia.
División 2: Zonas de menor riesgo, ambiente inflamable presente ocasionalmente.
Existe una tercera clase para aquellos lugares que son peligrosos debido a la presencia de
fibras o pelusas, pero que no es probable que estén en suspensión en el aire en cantidades
suficientes para producir una mezcla combustible. La división 1 es para fibras provenientes del
proceso de manufactura, y la división 2 para las restantes.
32
Así pues, cada equipo debe cumplir con los requisitos mínimos de seguridad establecidos
en el CEN según el área donde se encuentre. Para realizar el levantamiento se utiliza la siguiente
tabla:
Tabla VI. Formulario del levantamiento de la clasificación de las zonas según las sustancias
inflamables
Zonas /
Ubicación
Clase I
División 1
División 2
Clase II
División 1
División 2
Clase III
División 1
División 2
3.3.2 Clase de Temperatura
Los equipos serán marcados con la clase de temperatura con referencia a una temperatura
ambiente de 40 °C (mostrada en la tabla 500.8(B) del CEN). Los equipos para Clase I y II serán
marcados con la temperatura máxima de operación segura determinada por la exposición
simultánea a las condiciones Clase I y Clase II.
Temperatura Clase I:
La marcación de temperatura especificada en 500.8(B) no debe exceder la temperatura de
ignición del gas o vapor específico que pueda encontrarse.
33
Tabla VII. Clasificación de Máxima Temperatura de Superficie. [Tabla 500.8(B) - CEN]
Temperatura Máxima
°C
Clase de
Temperatura
(Código T)
450
300
280
260
230
215
200
180
165
160
135
120
100
85
T1
T2
T2A
T2B
T2C
T2D
T3
T3A
T3B
T3C
T4
T4A
T5
T6
Temperatura Clase II:
La marcación de temperatura especificada en 500.8(B) debe ser menor que la temperatura
de ignición de polvo específico que pueda encontrarse. Para polvos orgánicos que se puedan
deshidratar o carbonizar, la temperatura marcada no excederá el valor de la temperatura de
ignición ó 165 °C, el que sea menor.
Según la clasificación por zonas los equipos nombrados a continuación deben estar
identificados según la Clase y División a la que correspondan: Transformadores y
Condensadores; Medidores, Instrumentos y Relés; Métodos de Cableado; Sellado y Drenaje;
Suiches, Interruptores Automáticos, Controladores de Motores y Fusibles; Resistores y
Transformadores de Control; Motores y Generadores; Luminarias; Equipos de Utilización;
Cordones Flexibles en Lugares; Tomacorrientes y Enchufes; Aislamiento de los conductores;
34
Sistemas de Señalización, Alarma, Control Remoto y Comunicaciones; Partes Energizadas;
Puesta a Tierra; Protección de Sobretensiones.
3.4 Determinación del nivel de tensión de alimentación
En función de la ubicación geográfica de la industria se establece la empresa suplidora de
energía y el nivel de tensión ofrecido. La tensión de distribución se establece considerando que
para entregar la misma potencia se puede variar la tensión y la corriente, siendo lo mas
recomendable subir el nivel de tensión para disminuir la corriente y en consecuencia el calibre del
conductor, reduciendo los costos en el diseño dado que el ahorro en conductores a ser dispuestos
como alimentadores es considerable.
El nivel de tensión más común es de 208/120 V y el siguiente es 480/277 V. Es
importante tomar en cuenta los tomacorrientes para uso general establecidos en 120 V y las tomas
de uso especial en función de las cargas a conectar. En caso de que exista algún equipo que
requiera otro nivel de tensión, se sugiere distribuir a una tensión elevada para evitar mayores
perdidas en el conductor, pues la relación viene dada por el producto de la resistencia del mismo
por el cuadrado de la corriente (R x I2), y utilizar un equipo de transformación para cumplir con
el nivel requerido.
3.5 Estimación de la demanda
Se puede registrar de la siguiente manera realizando la estimación de la carga por sistema:
35
3.5.1 Alumbrado
Para la estimación de la demanda, se precisan las especificaciones de las luminarias según
el tipo, los cuales se muestran en la tabla VIII y se destacan entre las más comunes del tipo
fluorescente e incandescente; siendo altamente recomendadas para el alumbrado interior las
lámparas fluorescentes con balastos electrónicos. También se señala la tensión de alimentación a
la cual funciona, potencia consumida y dimensiones. Por lo general las luminarias deben tener un
alto rendimiento en lúmenes por vatios y alta eficiencia para el ahorro de energía.
Tabla VIII. Tipo de lámparas
Tipo de Lámpara
Incandescentes
Con Gas
Al
Vacío
Halógenas
Flourescentes
Compactas
Mercurio Alta Presión
Metal Halide
Luz Mixta
Sodio Baja Presión
Sodio Alta Presión
Eficacia
Luminosa
(lm/W)
10 - 20
7,5 - 11
18 - 22
38 - 91 (*)
50 - 82
40 - 63 (*)
75 - 95 (*)
19 - 28 (*)
100 - 183 (*)
70 - 130 (*)
Promedio de
Vida Útil (horas)
Tiempo de
Encendido (min)
1.000
-
1.000
2.000
12.500
10.000
24.000
12.000
12.000
18.000
24.000
2 - 3 seg
1 seg
5-7
4-6
3-4
2-4
3-4
(*) = Utilizan equipos auxiliares ( Balastos, Condensadores e Ignitores )
En esta etapa también se define, el nivel de seguridad de acuerdo al grado de protección
requerido contra contactos eléctricos lo que se conoce como Clase de seguridad (ver tabla IX), y
el nivel de protección contra la entrada de polvo, objetos sólidos y humedad de las luminarias
(ver tabla X). [10].
36
Tabla IX. Clase de Seguridad
Clase Seguridad
Protección
0
Aislamiento Básico
I
Aislamiento Básico más Protector de Toma de Tierra
II
Aislamiento Doble o Reforzado, no se provee conector protector de toma de tierra.
III
Aislamiento de Tensión de Seguridad Extra-baja (50V)
Tabla X. Nivel de Protección contra entrada de polvo, objetos sólidos y humedad de las
luminarias
1er Número
Descripción
2do Número
Descripción
0
No protegido
0
No protegido contra la humedad.
1
Protegido contra gotas de agua de
caída vertical.
2
Protegido contra goteo inclinado
en ángulos hasta 15º.
3
Protegido contra goteo inclinado
en ángulos hasta 60º (lluvia).
4
Protegido contra salpicaduras
procedentes de cualquier
dirección.
5
Protegido contra chorros de agua
de 125mm de diámetro y 30kpa.
6
Protegido contra chorros de agua
de 6,3mm de diámetro y 30kpa.
7
Protegido contra estanco de agua e
inmersión temporal.
8
Protegido contra estanco de agua e
inmersión continua.
1
2
3
4
5
6
Protegido contra objetos de
diámetro superior a 50mm.
Protegido contra objetos de
diámetro superior a 12mm bajo
tensión.
Protegido contra objetos de
diámetro superior a 2,5mm bajo
tensión.
Protegido contra objetos de
diámetro superior a 1mm bajo
tensión.
Protegido contra acumulación de
polvo y protección completa
contra objetos bajo tensión
Protección completa contra polvo
y objetos bajo tensión.
El formulario para indicar las especificaciones de las luminarias se encuentra a
continuación en la tabla XI:
37
Tabla XI. Formulario de levantamiento de especificaciones de luminarias
Zonas/
Ubicación
Tipo de
lámpara
Clase
seguridad
Nivel de
protección
Tensión
(V)
Potencia
(W)
Lúmenes
En las plantas industriales es importante establecer un nivel de iluminación apropiado en
el plano de trabajo de acuerdo a la actividad a realizar para asegurar una operación y
mantenimiento eficiente y no incurrir en un factor de riesgo para la salud de los trabajadores.
Para obtener la cantidad y disposición de las luminarias a emplear en el sistema de
alumbrado, se sugiere utilizar el método del Lumen, a partir del nivel de iluminación en
interiores. [3]
Éste se basa principalmente en la cantidad de lux que se necesita por área, los cuales están
predeterminados según la actividad a realizar, ver tabla XII. Se consideran ciertos factores de
perdidas de luz, el coeficiente de utilización que se halla a través del método de cavidad por
zonas y lo facilitan los fabricantes de las luminarias en conjunto con las reflectancias de pared,
piso y techo asumidas.
Adicionalmente se exigen los siguientes datos:
- En cuanto a la descripción de la luminaria a utilizar se solicita la cantidad de lúmenes
que emite, potencia consumida por cada lámpara, dimensiones y tipo de soporte del techo, es
decir empotrado o colgante.
38
- Los detalles del cuarto que se precisan son las dimensiones: alto, largo y ancho, lo que
incluye a su vez área de la superficie. Se recomienda dividir el espacio en áreas rectangulares
para lograr una mejor aproximación.
Tabla XII. Iluminancia media por zona
Tareas y Clases de Local
Zonas Generales de Edificios
Zona de Circulación, Pasillos
Escaleras, Roperos, Lavabos, Almacenes y Archivos
Oficinas
Oficinas Normales, Mecanografiado, Salas de Proceso de
Datos, Salas de Conferencias.
Grandes Oficinas, Salas de Delineación, CAD / CAM /
CAE
Industrial (En General)
Trabajos con Requerimientos Visuales Limitados
Trabajos con Requerimientos Visuales Normales
Trabajos con Requerimientos Visuales Especiales
Iluminancia Media en Servicio
(LUX)
Mínimo
50
100
Recomendado
100
150
450
500
500
750
200
500
1.000
300
750
1.500
Se puede utilizar el formulario de la tabla XIII para el cálculo de la cantidad de
luminarias, en el que una vez introducido las dimensiones del cuarto (Alto, largo y ancho), la
altura del plano de trabajo hfc, y la distancia entre el techo y la luminaria que para aparatos
empotrados hcc = 0, se obtiene automáticamente las razones de cavidad. Con los datos de las
reflectancias y las razones de cavidad se utiliza la tabla I.1 que se encuentra en el apéndice I o la
que suministre el fabricante de la luminaria para hallar el coeficiente de utilización (CU).
Los factores de perdida de luz típicos son RSDD = 0,97; LLD1 = 0,82; LLD2 = 0,95, lo
cual resulta LLF = 0,76. Una vez hecho esto el número de luminarias a colocar es el indicado en
el campo “Número real”. De esta manera se calcula para cada área hasta alcanzar la cantidad de
luminarias de toda la planta.
39
Tabla XIII. Formulario para el cálculo de luminarias por zona
ID
Lux
Zona / Ubicación
Lúmenes
c/u
W
Coeficiente de Utilización
Altura del local
hfc
hrc
hcc
Largo
Ancho
% Reflectancia
Pared
pf
pc
pcc
pfc
CU
LLD1
LLD2
LLF
Área
(m2)
CU
LLF
Razones de cavidad
RCR
FCR
CCR
cuarto
piso
cielo
Factores de pérdida de luz
RSDD
Cálculo
Iluminación
individual /
lámpara
Número
Número
de
real
luminarias
Posición
Nancho
Nlargo
Nancho Real Nlargo Real
Las reflectancias típicas aproximadas se expresan en la tabla XIV. [5]
Tabla XIV. Reflectancias típicas del techo, pared y piso
Descripción
Techo
Pared
Piso
Porcentaje
Pintura Blanca Estándar
80%
Pintura Blanca Corrugada
50%
Pintura de Tono Claro Corrugada
30%
Pintura Blanca Estándar
80%
Pintura de Tono Claro Corrugada
30%
Concreto Oscuro
20%
Alfombra
15%
40
Con la cantidad de luminarias establecidas por zona se puede estimar la demanda en
vatios utilizando el siguiente formulario:
Tabla XV. Estimación de la demanda del Sistema de Iluminación
Zona
Nº de
luminarias
Potencia por
lámpara
Potencia total
(W)
Potencia total del Sistema de Iluminación
Una vez obtenido los kW se le aplica el factor de demanda que según lo indicado en el
CEN para el sistema de iluminación es el 100%.
Existe otra forma de estimar la potencia requerida para un sistema de iluminación, el
mismo se indica en el artículo 220-3(A) del CEN, en el cual se estipula la carga mínima de
iluminación por cada metro cuadrado de superficie para determinados tipos de locales, se
muestran en la tabla 220-3(A) del CEN incluida en el apéndice I.
3.5.2 Tomacorrientes
La estimación de las salidas de tomacorrientes y su ubicación se clasificarán según su uso
de acuerdo a lo mencionado en la sección 210.52 del Código Eléctrico Nacional.
Área de cocina
41
En el área de cocina y comedor está estipulado dos o más circuitos de 20 A (Artículo
220.4 (B) CEN) para las salidas de tomacorrientes de pequeños artefactos a las que se refiere el
artículo 210.52 (A) y (C) y adicionalmente para los equipos de refrigeración. Existe una
excepción a dicho artículo que permite que la salida para los equipos de refrigeración reciba
corriente de un circuito ramal independiente de 15 A nominales o más.
Cuartos de baño
Se debe instalar por lo menos una salida para tomacorrientes en pared, cerca de cada
lavamanos, éstas deben estar alimentadas al menos por un circuito ramal de 20 A. Estos circuitos
no tendrán otra salida y deben ofrecer protección a las personas mediante interruptor contra fallas
a tierra. [1]
Área de lavandería
En esta área se debe instalar como mínimo una salida para tomacorrientes para lavadora y
se considera no menos de 180 VA por cada tomacorriente simple o múltiple.
Pasillos
Deben tener por lo menos una salida por cada tres (3) metros de longitud del pasillo sin
pasar por ninguna puerta. [1]
Los circuitos ramales para tomacorrientes serán de 15, 20, 30, 40 y 50 A y dependerá de
la capacidad amperimétrica del conductor seleccionado, apartado 210.3 [1]. Los circuitos ramales
mayores a 30 A serán destinados para industrias o comercios, no deben ser utilizados para
unidades de vivienda.
42
A excepción de lo expuesto anteriormente para los circuitos ramales para pequeños
artefactos, el cálculo para tomacorrientes se hace considerando no menos de 180 VA por cada
tomacorriente simple o múltiple, cuando son más de cuatro tomacorrientes en una pieza se
considera como mínimo 90 VA por tomacorriente, apartado 220.3(B)(9) [1]. Adicionalmente se
considera una carga unitaria de 11 VA por cada metro cuadrado para salidas de tomacorriente de
uso general cuando se desconozca el número real de tomacorrientes.
La ubicación de los tomacorrientes, cuando se considere poco probable el uso simultáneo de
ciertos número de artefactos, será asumida una separación de 1,5 m entre las salidas, en cambio
cuando la posibilidad sea alta, las salidas se ubican cada longitud de 30 cm según lo indicado en el
artículo 220.3 (B)(8) [1].
Sabido esto a continuación se presenta un formulario en el que se especifica la cantidad de
tomacorrientes por área según las necesidades de la zona y tomando en cuenta los equipos a
conectar.
Tabla XVI. Cantidad de tomacorrientes para diferentes niveles de tensión por zona
Código
ID
Zona:
Cantidad de Tomacorrientes
120V-1Φ
208V-1Φ 208V-3Φ 480V-3Φ
Luego se realiza el resumen de la cantidad de tomacorrientes por zonas, asumiendo cierto
VA por tomacorriente en base a las observaciones mencionadas anteriormente.
43
El formulario para la estimación de la demanda de tomacorrientes es el siguiente:
Tabla XVII. Estimación de la demanda del Sistema de tomacorrientes
Zona
Nº de
tomacorrientes
Tensión del
T/C
VA por T/C
Potencia total
(VA)
Potencia total del Sistema de tomacorrientes
Luego se aplica el factor de demanda de la tabla XVIII (220.13 del CEN) estipulado para
las cargas de tomacorrientes en unidades no residenciales.
Tabla XVIII. Factores de demanda para cargas de tomacorrientes en unidades no
residenciales
Parte de la carga de
tomacorriente a que se
le aplica el factor de
demanda
(en Voltampere)
Primeros 10 kVA o
menos
A partir de 10 kVA
Factor de
demanda %
100
50
De esta forma se obtiene la demanda de los tomacorrientes:
Para los primeros 10 kVA
Resto sobre los 10 kVA
Demanda de los tomacorrientes
44
3.5.3 Fuerza
- Aire Acondicionado y Ventilación: Dado que este sistema representa por lo general un
porcentaje alto de la carga total de la instalación, es importante incluir las características
eléctricas (tensión, número de fases, etc.) y el lugar donde se encuentra ubicado. Para estos
equipos el factor de demanda es del 100%.
- Equipos Hidroneumáticos: Para estos equipos además de indicar todos lo motores que
integran el sistema, es conveniente mostrar el régimen de trabajo a fin de determinar la
simultaneidad del funcionamiento en los equipos.
A continuación se muestra el formulario para la estimación de la carga de los equipos de
fuerza y se procede de igual forma que para los casos anteriores aplicando los factores de
demanda que corresponda.
Tabla XIX. Carga estimada de los equipos de fuerza a instalar
Zona
Equipo
Cantidad
Capacidad en W
o HP
Carga total estimada
Capacidad total
en kW
45
3.5.4 Cargas esenciales
Por ser cargas de vital importancia es imprescindible mostrar el grado de continuidad de
servicio requerido. La determinación de las cargas esenciales en una planta industrial va
directamente relacionada con los procesos o actividades que no pueden interrumpir su servicio,
para los tableros de 208/120 V tenemos las siguientes: Tomacorrientes de uso general,
tomacorrientes para computadoras, tomacorrientes de uso especial dedicados a equipos
específicos, nevera, microondas.
Para los tableros en 480/277 V se toman en cuenta las cargas especificadas a
continuación: iluminación de emergencia con sus respectivos balastos, unidades de manejo de
aire y transformadores de servicios preferenciales entre otros.
3.5.4.1 Iluminación de emergencia
La iluminación de emergencia es un factor fundamental en toda instalación y debe
cumplir con ciertos criterios establecidos por el Código Eléctrico Nacional, deben estar incluidas
las siguientes cargas, la iluminación de emergencia de pasillos y escaleras, iluminación de las
salidas de emergencia, señales luminosas de salidas, y demás luces que se consideren necesarias
para garantizar la seguridad de la instalación, según apartado 700-16 del CEN.
Por lo general se utiliza la tercera parte de los circuitos de iluminación general para
emergencia, de ser así es importante conocer el tipo de luminaria a utilizar, la cual fue establecida
anteriormente, para verificar el tiempo mínimo de encendido, ya que según las normas del CEN
46
se exige que sea antes de 10 segundos y en algunos casos por ejemplo las luminarias del tipo
metal halide requieren de un tiempo mínimo para volver a encender, superior al indicado.
Por tal razón, si el sistema de iluminación normal consta de lámparas de descarga de gran
intensidad, tales como las de vapor de sodio o mercurio de alta y baja presión o las de halógenos,
el sistema de iluminación de emergencia debe funcionar hasta que se restablezca totalmente la
iluminación normal [1].
Las luminarias de emergencia se consideran como servicio crítico por lo que necesitan
fuente de alimentación alterna como baterías, planta generadora o sistema de potencia
ininterrumpible.
3.5.5 Reservas
Se especifica la carga estimada para reserva, tanto actual como para expansión futura,
incluyendo el tipo de carga. Esta previsión garantiza que las revisiones hechas posteriormente
sean sencillas, y las reformas no acarreen un incremento en el costo inicial calculado para la
instalación, dado que es frecuente la modificación de los datos de la carga por compra de equipos
determinados con valores nominales diferentes a los asumidos en un principio.
Por lo general en cada tablero de distribución se deja 20% de la carga total en amperes
destinada para salidas de reserva.
47
3.6 Determinación de la distribución y locación de los tableros eléctricos
La ubicación de los tableros se debe establecer según el tipo de tablero, tablero principal y
secundario, siempre considerando las condiciones ambientales del lugar ya que debe ser un lugar
seco, en caso contrario debe cumplir con el grado de protección IP según las condiciones en las
que se encuentre, en el apartado 408.9 del CEN se indica que los tableros utilizados en lugares
húmedos o mojados son los CFD para cumplir con lo establecido en 312.2(A). En el apéndice I se
encuentra una tabla con las especificaciones de este tipo de tablero. [11]
Otra consideración, cuando están ubicados cerca de materiales fácilmente combustibles,
deben ser instalados donde se reduzca la probabilidad de propagar fuego a materiales
combustibles adyacentes y cuando éste no sea totalmente cerrado conservar una distancia desde
la parte superior del gabinete hasta cualquier techo combustible no inferior a 900 mm (3 pies),
excepto si se instala una pantalla no combustible entre el gabinete y el techo, apartado 408.7 y
408.8(A).
Por otro lado, debe ser un espacio de fácil acceso y alejado de otras instalaciones como la
del agua, gas o teléfono. Los tableros deben estar identificados como mínimo con los siguientes
datos: fabricante responsable, nivel de tensión e intensidad de corriente de cortocircuito máxima;
así mismo los circuitos del tablero y las modificaciones de los circuitos deben ser identificados de
manera legible en cuanto a su finalidad o uso, en un directorio situado en la parte frontal o
interior de la puerta de un panel de distribución y en cada suiche si se trata de tableros de
distribución.
48
3.6.1 Tablero principal
Debe estar cerca de la acometida principal de alimentación, en un cuarto con las
condiciones adecuadas de seguridad.
El cuarto donde se encuentre el tablero principal debe cumplir con ciertos requisitos
mínimos, dimensiones del local y el número de salidas, la puerta del cuarto debe abrir hacia fuera
del mismo para no ser un obstáculo en su interior y estar identificada con caracteres de fácil
visualización, así mismo el nivel de iluminación mínima debe ser de 200 lux a un plano de
trabajo de 1 m del nivel del piso, y el sistema de iluminación debe considerarse como un sistema
de energía de emergencia.
El número de salidas del cuarto vienen dadas por el largo del tablero el cual está
identificado por la letra “a” y se calcula de la siguiente forma:
Acceso frontal = (a/5) + 1
Acceso frontal y posterior = 2 (a/5)
3.6.2 Tableros secundarios
Estos tableros deben estar ubicados en lugares de fácil localización y en una locación
central cerca del punto de concentración de la carga para reducir los niveles de caída de tensión
en los circuitos derivados, así como también por medida de seguridad a la hora de cualquier
incidente.
49
En el caso de que el espacio más adecuado sea un pasillo por la cercanía a las cargas, debe
tener en la parte frontal del tablero un espacio mayor o igual a 1 m para que permita realizar
maniobras.
3.7 Selección del calibre de los alimentadores
Para la selección del calibre se debe considerar el tipo de aislamiento del conductor, los
más utilizados en el interior son tipo THW (Thermoplastic vinyl insulated building wire,
moistuire and heat resistant), que poseen la propiedad de ser resistentes a la humedad y al fuego.
Su temperatura máxima de servicio según el CEN en la tabla 310.13 de aplicaciones y
aislamientos de estos conductores es de 75 °C y su tensión máxima es de 600 V. Están diseñados
para ser instalados en ambientes secos o húmedos, colocados dentro de tubos embutidos o
sobrepuestos o directamente sobre aisladores.
Otro tipo de conductores muy utilizados son los TTU (por sus siglas en inglés
Thermoplastic Insulation, Thermoplastic Jacket, Underground), en su mayoría son instalados en
exteriores, en ambientes húmedos, especialmente en líneas subterráneas, en tuberías, bandejas
portacables o directamente bajo tierra, en agua y a la intemperie sin exponerse a los rayos solares.
Se pudo observar que en el CEN no aparece listado, siendo un conductor de alta preferencia en el
mercado actual por sus propiedades. Este tipo de cable está certificado por la norma UL 1581
(Standard for Flexible Metal Conduit) de Underwriters Laboratories Inc, referencia muy utilizada
en la Comunidad Europea.
50
Según el Código Eléctrico Nacional los alimentadores e interruptor principal para las
cargas de iluminación deben ser calculados para suministrar energía a todas las cargas conectadas
sin aplicar ningún factor de demanda y considerando adicionalmente un 20% para cargas futuras
o reservas.
Para la selección del calibre de los alimentadores se deben considerar dos criterios para realizar el
cálculo, el criterio de ampacidad y el de caída de tensión. Una vez arrojado el resultado por cada
uno de estos se debe escoger el calibre que cumpla con estas exigencias de manera que no se
viole ningún requerimiento.
3.7.1 Criterio de capacidad de corriente
Cuando se alimenta a un motor en forma individual la capacidad de conducción de
corriente de los conductores del circuito debe ser al menos 125% de la corriente a plena carga o
nominal del motor. En el caso de que se alimente más de un motor la capacidad de corriente del
conductor es la suma de 1,25 veces la corriente a plena carga del motor mayor más la suma de las
corrientes a plena carga del resto de los motores. Ver sección 3.6.3 del ABC de las instalaciones
eléctricas industriales, en el que se expresa de la siguiente manera: [12]
I TPC = 1.25 ⋅ I MMPC + ∑ I MPC
en donde,
ITPC = Corriente total a plena carga expresada en Amperes
IMMPC = Corriente a plena carga del motor mayor en Amperes
IMPC = Corriente a plena carga de otros motores en Amperes
(8)
51
La corriente del equipo a partir de la potencia aparente se calcula de la siguiente manera
para circuitos trifásicos:
IL =
S 3φ
(9)
3 ⋅ VL
en donde,
IL = Corriente nominal del equipo
S3Φ = Potencia aparente consumida por el equipo
VL = Tensión de línea de alimentación del equipo
Por otro lado, en esta condición se considera que para la selección del conductor el
porcentaje de carga debe ser menor al 80% de su capacidad, así que la corriente de diseño para el
conductor considera un 25% de sobrecarga del equipo, con esta corriente en la tabla 310.16 del
CEN que se muestra en el apéndice, se indican los calibres correspondientes a las capacidades del
conductor.
El formulario para la selección del conductor por el criterio de ampacidad se muestra a
continuación:
Tabla XX. Formulario para la selección del conductor por el criterio de ampacidad
Ubicación
(ID)
Equipo
Datos del conductor
Tipo
Aislamiento
Cu / Al
TW / THW
Datos del equipo
Volt Potencia Corriente
(V)
(kW)
nom. (A)
Corriente
de diseño
(A)
Calibre
52
3.7.2 Criterio de caída de tensión
Según lo señalado en el CEN en el artículo 215.2 para obtener un funcionamiento
razonablemente eficiente del conductor se recomienda que los porcentajes de caída de tensión no
excedan el 5% en alimentadores y circuitos ramales, y para el circuito ramal se considera hasta un
3% de caída de tensión.
Tabla XXI. Formulario para la selección del calibre por el criterio de caída de tensión
Ubicación
Equipo
(ID)
Corriente de
diseño (A)
Longitud
(m)
A.m
Factor de
potencia
ΔV (%)
Calibre
Una vez con este formulario completo el calibre del conductor es calculado
automáticamente con la herramienta desarrollada en Microsoft Office Excel, considerando un
factor de potencia de 0,9 y que el aislamiento del conductor de cobre elegido es THW en ducto
magnético para 60 Hz. En la tabla XXII se presenta la Capacidad de Distribución en A.m para
cables monopolares de cobre.
Para el cálculo de los A.m se utiliza la siguiente igualdad:
A⋅m =
Id ⋅ m
f correc
en donde,
A.m = Corriente de diseño por la longitud del conductor
Id = Corriente de diseño
m = Longitud del conductor
f correc = Factor de corrección que depende del nivel de tensión
(10)
53
Tabla XXII. Capacidad de Distribución en A.m para cables monopolares de cobre, con
Aislamiento THW, en ducto magnético para 60 Hz y 75ºC para temperatura del conductor
AWG o
MCM
14
12
10
8
6
4
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
A.m
∆V = 2%
Cos θ
0,9
249
394
622
975
1473
2288
3526
4329
5269
6247
7590
9164
10378
11015
12250
13456
15306
16138
17488
17786
0,8
278
439
687
1076
1616
2481
3762
4549
5470
6411
7665
9095
10163
10740
11781
12770
14186
14852
15893
16149
Este factor de corrección se muestra en el apéndice en la tabla I.6, en la que se establece
como nivel de tensión de referencia 3 x 208 /120 V, para el cual el valor del factor de corrección
será igual a la unidad. Para otros valores de ∆V se divide el valor A.m calculado para el 2% de
caída de tensión por el nuevo ∆V / 2. [2]
Después de determinar el calibre del conductor por ambos criterios se debe seleccionar el
mayor entre estos dos, de manera de no incumplir con ningún criterio.
54
3.7.3 Selección del conductor de neutro
Para simplificar los cálculos y unificar el cableado de instalación, aunque aumente un
poco los costos, se escoge el calibre calculado para las fases.
En el CEN se establece que para los circuitos de 120 V el calibre de los dos conductores
será el mismo, pero en circuitos de 208 V o 240 V a 2 o 3 hilos, se determina por la corriente
calculada a partir del desequilibrio máximo de cargas resultantes, o se toma el neutro de un
calibre menor al de la fase hasta una corriente de 200A. Para corrientes superiores, los primeros
200 A se toman al 100% y el resto al 70%.
3.7.4 Selección del conductor de puesta a tierra
Es importante resaltar que la selección del conductor de puesta a tierra se realiza a partir
del dimensionamiento del dispositivo de sobrecorriente que se ubica antes del equipo. En la tabla
XXIV se presentan los calibres mínimos de los conductores de puesta a tierra para canalizaciones
y equipos. El formulario se muestra a continuación, el cual también está asociado a la
herramienta de cálculo en Excel.
Tabla XXIII. Selección del calibre de los conductores de fase, neutro y tierra
Ubicación
(ID)
Conductor de las fases y neutro
Equipo
Calibre
Ampacidad
Calibre Caída
de tensión
Conductor de PAT
Calibre
mayor
IProtección
IProtección
comercial
Calibre
55
Tabla XXIV. Calibre mínimo de los conductores de puesta tierra de equipos para
canalizaciones y equipos. [Tabla 250-95 – CEN]
Calibre del conductor de puesta a tierra
Capacidad nominal o ajuste máximo del
dispositivo automático de sobrecorriente
ubicado antes del equipo, tubería, etc. No
mayor de (Amperios)
Alambre de cobre
N°
Alambre de aluminio
o recubrimiento de
cobre N°
15
20
25
30
40
45
50
60
70
80
90
100
110
125
150
175
200
300
350
400
450
500
600
800
1000
1200
1600
2000
2500
3000
4000
5000
6000
14
12
10
10
10
10
10
10
8
8
8
8
6
6
6
6
6
4
2
2
2
2
1/0
1/0
2/0
3/0
4/0
250
350
400
500
700
800
12
10
8
8
8
8
8
8
6
6
6
6
4
4
4
4
4
2
1/0
1/0
1/0
1/0
2/0
3/0
4/0
250
350
400
600
600
800
1200
1200
3.8 Selección de la canalización
Los tipos de canalizaciones más empleadas son las tuberías, las bandejas portacables y los
ductos.
56
3.8.1 Tuberías
La instalación de estas canalizaciones puede ser de dos tipos, embutidas o a la vista. El
factor fundamental para seleccionar la tubería es el espacio libre necesario para disipar el
calentamiento de los conductores, éste viene dado por el factor de relleno que se expresa en la
tabla XXV (tabla 1 del capítulo 9 del CEN) y establece una relación entre el área transversal del
conductor y la tubería.
Tabla XXV. Porcentaje de la sección transversal de conductos y tuberías para conductores.
[Tabla 1 - CEN]
N° de conductores
Porcentaje de ocupación
1
53%
2
31%
más de 2
40%
En la tabla 4 del capítulo 9 del CEN se especifican las dimensiones y área porcentual de
los tubos y tuberías según su tipo, tubos metálicos rígidos, tuberías eléctricas metálicas y no
metálicas de tipo ENT, ésta se anexa al apéndice I.
Para determinar el diámetro de la tubería según la cantidad de conductores se emplean las
tablas C1 y C2 del capítulo 9 del CEN que especifican el número máximo de conductores o
cables de aparatos en tubería eléctrica metálica de tipo EMT y el número máximo de conductores
o cables de aparatos en tubería eléctrica no metálica de tipo ENT, respectivamente.
57
A continuación se presenta el formulario necesario para realizar el levantamiento de los
elementos que se necesitan para determinar el diámetro de la tubería.
Tabla XXVI. Formulario para el cálculo del diámetro de la tubería
Sistema
Tipo de
tubería
Nombre
del circuito
Aislamiento
del conductor
Calibre del
conductor
Nº
de
conductores
Distancia
(m)
Diámetro de la
tubería (pulg)
3.8.2 Bandejas portacables
En la sección 392 del Código Eléctrico Nacional se establece todo lo referente al caso, el
uso de las mismas no se encuentra limitado a instalaciones industriales, pero es importante
destacar que sólo será instalado donde las condiciones de mantenimiento y supervisión aseguren
que únicamente personas calificadas tengan acceso al sistema de bandejas.
Los usos no permitidos del sistema de bandejas portacables son los pozos de los
ascensores donde puedan estar sujetos a daños físicos, espacios de circulación de aire de
ventilación, a excepción de lo permitido en la sección 300.22 como método de cableado
reconocido.
Para la selección de la cantidad de conductores que se permiten en una bandeja
portacables considerando el calibre de los conductores de potencia o de iluminación se debe
revisar la tabla 392.9 del CEN, la cual se incluye en el apéndice. En dicha tabla, en la columna 1
se hace referencia al artículo 392.9(A)(2) el cual se aplica si todos los conductores existentes son
58
menores al calibre 4/0 AWG, y en la columna 2 se llama al artículo 392.3(A)(3) que vale cuando
existe una combinación de calibres mayores y menores al 4/0 AWG.
3.9 Coordinación y ajustes de protecciones
Como es el caso de una planta industrial existen subtableros que dependen de otros y
éstos a su vez del principal, por lo que las protecciones deben seleccionarse con cuidado para que
estén bien coordinadas, tanto en capacidad de corriente como de interrupción y el tiempo de
disparo.
Es importante conocer los siguientes datos, independientes del tipo de interruptor que se
vaya a utilizar: tensión del circuito, capacidad de interrupción, corriente de operación en
condiciones normales de trabajo del circuito, número de polos, frecuencia y condiciones de
operación (ambientales, humedad, corrosión, altitud o posición de montaje).
3.9.1 Selección de protección para conductores
Para realizar la selección de las protecciones para un conductor se parte de la corriente de
diseño, ésta permite escoger el conductor adecuado, y mediante la capacidad del mismo se escoge
la protección correspondiente. Según el artículo 240.4 (B) del CEN referente a protección de los
conductores, indica que para dispositivos menores de 800 A se permite el uso del dispositivo del
valor nominal inmediato superior a la intensidad máxima del conductor a proteger.
La capacidad de la protección se determina con la siguiente igualdad:
59
Ip =
Id + Ic
2
(11)
en donde,
Ip = Capacidad de corriente de la protección.
Id = Corriente de diseño obtenido por cálculos y estimaciones.
Ic = Corriente máxima permisible del conductor seleccionado.
Para los conductores de pequeña sección la protección de sobrecorriente no debe exceder
de 15 A para el conductor de cobre 14 AWG, 20 A para 12 AWG y 30 A para 10 AWG. En el
caso de dispositivos con más de 800 A nominales la ampacidad de los conductores que protege
será igual o mayor que la intensidad nominal del dispositivo.
Las capacidades normalizadas de corriente de los fusibles e interruptores automáticos
(breakers) de tiempo inverso, serán las de 15, 20, 25, 30, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 125,
150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2500,
3000, 4000, 5000 y 6000 Amperes.
Los conductores del secundario de un transformador se consideran protegidos por el
dispositivo de protección contra sobrecorriente del primario, y los circuitos derivados protegidos
por el dispositivo del alimentador, cuando la longitud de los conductores de la derivación no
superan los 3 m, y la capacidad del conductor no es inferior a la suma de las cargas conectadas al
circuito derivado. En caso de que el circuito ramal sea menor o igual a 8 m de longitud, la
capacidad de los conductores de la derivación no debe ser inferior a 1/3 de la capacidad del
dispositivo de sobrecorriente del circuito alimentador.
60
3.9.2 Selección de protección para motores
Lo concerniente a la selección de protecciones para motores de cumplimiento obligatorio
está especificado desde la sección 430.1 a la 430.145 del CEN.
Los dispositivos de protección contra sobrecarga protegen a los motores y sus
componentes asociados, contra una sobrecorriente de funcionamiento que si se mantiene por un
período de tiempo suficientemente largo podría causar un calentamiento excesivo y/o daños en el
aparato.
A continuación se presenta una tabla resumen para los distintos tipos de motores,
capacidad y características para determinar su dispositivo de protección contra sobrecarga. [2]
Tabla XXVII. Corriente de diseño del dispositivo de protección contra sobrecarga del
motor
Tipo de motor y
capacidad
Características
Motores con factor de servicio no menor a 1.15
(Corriente nominal)
Servicio continuo
> 1 HP
Motores con temperatura no mayor de 40 ºC
Todos los demás motores
Motores con corriente no mayor de 9 Amp.
Con protector térmico
Motores con corriente entre 9 y 20 Amp.
integrado
Motores con corriente mayor de 20 Amp.
Motores con factor de servicio no mayor de 1.15
Con arranque automático
Motores con temperatura menor de 40 ºC
< 1 HP
Todos los demás motores
Corriente de
diseño
Id = 125% In
Id = 125% In
Id = 115% In
Id = 170% In
Id = 156% In
Id = 140% In
Id = 125% In
Id = 125% In
Id = 115% In
61
Cuando se tengan motores con potencias no mayores de 1 HP con arranque no
automático, se considera que el motor está protegido contra sobrecarga por el dispositivo de
protección contra corto circuito y fallas a tierra del circuito ramal.
En el caso de un solo motor y conociendo el tipo de sistema de arranque, letra código,
kVA y las características de funcionamiento del mismo, se puede obtener las capacidades
máximas de corriente de los dispositivos contra cortocircuitos y fallas a tierra de circuitos
ramales, en la tabla 430.52 del CEN.
Para seleccionar la protección de sobrecorriente, de un circuito ramal que alimenta un
grupo de motores se calcula sumando 1,25 veces el valor nominal comercial del interruptor
mayor, más la suma de la corriente nominal de trabajo de los demás motores, luego se escoge el
dispositivo de valor inmediato superior al calculado.
I P = 1,25 ⋅ I PMotorMayor + ∑ I NOtrosMotores
en donde,
IP = Corriente de la protección del alimentador.
IP Motor Mayor = Corriente del dispositivo de protección del motor mayor.
IN Otros Motores = Corriente nominal del resto de los motores.
(12)
62
3.10 Selección de los tableros eléctricos
•
Cada tablero debe tener una capacidad nominal no menor que la capacidad mínima del
alimentador.
•
Es importante considerar para los tableros eléctricos espacios de reserva a la razón de
uno por cada cinco circuitos en uso o fracción.
•
Una limitante existente para los tableros es el número máximo de dispositivos de
sobrecorriente permitidos que resulta ser 42.
•
Los tableros se pueden clasificar según la protección que ofrecen, en el apéndice I se
presenta la tabla con la clasificación NEMA.
En la tabla XXVIII se presenta la hoja de tableros que posee las especificaciones del mismo.
3.11 Selección de los sistemas de transformación
En las instalaciones eléctricas usualmente se tienen transformadores de distribución que
por lo general poseen tipo de aislamiento en aceite conocidos como Pad Mounted que son los
encargados de alimentar el circuito secundario; y los transformadores de baja capacidad que están
destinados a cubrir los sistemas que operan a una tensión diferente del circuito secundario como
tomacorrientes o cargas particulares, para este caso se utilizan transformadores del tipo seco cuyo
mecanismo de enfriamiento es el aire. Comúnmente el nivel de tensión que manejan estos
transformadores es en el lado primario es de 480 /277 V y en el secundario 208 / 120 V.
63
Tabla XXVIII. Formulario para tableros de distribución
HOJA DE TABLERO
PROYECTO
FECHA
TABLERO
UBICACIÓN
TENSIÓN
BARRAS DE COBRE
TIPO DE TABLERO
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
AMPERIOS
TENSIÓN
KA SIM. INTERRUPCIÓN
ALIMENTADOR
FASES
NEUTRO
TIERRA
KVA
TIPO DE CARGA
ALUMBRADO
T/C USO GEN
A/A
OTROS
RESERVA CI.
CARGA
CONECTADA
R
S
CAL
KVA
T
AMP
Nº
R
S
T
Nº
1
3
5
7
9
11
*
│
│
*
│
│
│
*
│
│
*
│
│
│
*
│
│
*
2
4
6
8
10
12
TOTAL
FACTOR
DEMANDA
SUB-TOTAL KVA
20%
TOTAL KVA
ALIMENTADOR
AMPERIOS
METROS
A.m
CAP. CARGA
CAÍDA TENSIÓN
PLANTA INDUSTRIAL
CALIBRE MAYOR
IPROTECCIÓN
I COMERCIAL
AMP
DEMANDA
KVA
CAL
CARGA CONECTADA
KVA
64
La selección del transformador se realiza en base a la demanda total calculada y
aproximando por arriba al valor normalizado, en el siguiente formulario se declaran las
características requeridas para especificar el tipo de transformador a utilizar.
Tabla XXIX. Formulario para el levantamiento de los datos del transformador
3Φ
Banco de transformación
Delta
Estrella - PAT
kVA
Exterior
Estructura autosoportante
Poste
Tipo de conexión/ Capacidad
Tipo de Instalación
1Φ
Tipo de aislamiento
Aceite
Tensión primario
% Z
Tensión secundario
Interior
En piso
Seco
En la tabla 5.III del Harper se encuentran los valores de impedancias de transformadores
expresadas en porcentaje, a la base de potencia nominal.
3.12 Selección del sistema de puesta a tierra
Cada elemento del sistema de puesta a tierra debe ser diseñado para que asegure que la
integridad de la red subterránea se mantenga por años siempre que el calibre de los conductores
sea el adecuado, por esto los elementos tienen que [8]
•
Tener suficiente conductividad, para no contribuir con diferencias de tensión locales.
•
Resistir la fusión y el deterioro mecánico bajo la más adversa combinación de la
magnitud y duración de la corriente de falla.
•
Ser mecánicamente fiable y robusto a altas temperaturas, especialmente en los lugares
expuestos a la corrosión o abusos físicos.
65
Por tal razón el cobre es el material más comúnmente usado para puesta a tierra, los
conductores de cobre además de su alta conductividad, tienen la ventaja de ser resistente a la
corrosión subterránea. De igual forma el cobre revestido de acero es usualmente usado para
barras de puesta a tierra (conocidas como Copperweld) y ocasionalmente para las rejillas de
puesta a tierra.
3.12.1 Electrodos de tierra
El código eléctrico de seguridad nacional ANSI C2-1984, específica que el calibre
mínimo permitido del conductor de puesta a tierra es cobre 6 AWG y aluminio 4 AWG.
Los requerimientos mecánicos determinarán el conductor mínimo de puesta a tierra. El
AIEE y el IEEE recomiendan conductores de calibre mínimo 1/0 y 2/0 de cobre para las
soldaduras y uniones.
Para crear un anillo de equipotencialidad por lo general la puesta a tierra se realiza
enterrando barras de Copperweld de 5/8’’ x 2,4 m y son conectadas mediante un alambre de
cobre desnudo calibre 4. También se podría hacer el sistema de puesta a tierra conectando la red
de tierra a las tuberías de aguas blancas, si son de cobre o hierro galvanizado.
El artículo 250 del CEN se encuentra lo referente a los sistemas de puesta a tierra, dentro
de éste se incluyen los requerimientos generales de estos sistemas en las instalaciones eléctricas,
además se dispone de lo siguiente:
66
•
Sistemas, circuitos y equipos requeridos, cuya puesta a tierra sea permitida o no.
•
Conductor de circuito que debe ser puesto a tierra en sistemas eléctricos.
•
Ubicación de las conexiones de puesta a tierra.
•
Tipos y calibres de conductores, puentes de unión y electrodos de puesta a tierra.
•
Métodos de puesta a tierra y ejecución de puntos de unión.
•
Condiciones en las que se puede sustituir protecciones, separaciones o aislamiento
por puesta a tierra.
Es recomendado que un conductor de tierra continuo, rodee el área de la instalación si ésta
lo amerita para encerrar la mayor cantidad posible de terreno. Los conductores de tierra
adicionales, se colocan en líneas paralelas distribuidos uniformemente en forma de cuadrícula,
con separaciones razonables. Eventualmente se puede usar en algunas áreas, placa de cobre en
lugar de la malla cuadriculada, esto especialmente donde la magnitud de las corrientes es elevada,
o bien donde la resistividad del terreno es muy elevada, o también en las salas donde se efectúan
mediciones precisas, y se requiere un buen blindaje con poca interferencia.
Las varillas o electrodos se consideran como un complemento de la malla de tierra; y se
deben distribuir de manera uniforme, y cercanos a puntos donde se encuentra el equipo instalado.
A continuación se presenta la tabla XXX en la cual se establece el calibre del conductor del
electrodo de puesta a tierra según el calibre del mayor conductor activo de la acometida principal.
67
Tabla XXX. Conductor del electrodo puesta a tierra para sistemas de corriente alterna.
[Tabla 250.66 – CEN]
Calibre del mayor conductor activo de la acometida o área
equivalente de conductores a en paralelo (AWG/kcmil)
Calibre del conductor del electrodo de tierra
(AWG/kcmil)
2o<
1 o 1/0
2/0 o 3/0
Aluminio o aluminio con
recubrimiento de cobre
1/0 o <
2/0 o 3/0
4/0 o 250
> de 3/0 a 350
> de 250 a 500
2
1/0
> de 350 a 600
> de 500 a 900
1/0
3/0
> de 600 a 1100
> de 900 a 1750
2/0
4/0
> de 1100
Notas:
> de 1750
3/0
250
Cobre
Cobre
8
6
4
Aluminio o aluminio
recubrimiento de cobre
6
4
2
1. Cuando se utilicen conjuntos múltiples de conductores de acometida como permitido por 230.40, Excepción N° 2,
el calibre equivalente del mayor conductor de la acometida será determinado por la suma mayor de las áreas de los
correspondiente conductores de cada conjunto.
2. Cuando no existen conductores de acometida, el calibre del conductor del electrodo de tierra será determinado por
el calibre equivalente del conductor de una acometida necesaria para alimentar las cargas servidas.
a
Esta tabla también aplica a los conductores de los sistemas de ca derivados separadamente.
b
Véase restricciones en la instalación en 250.64(A).
3.12.2 Sistemas de pararrayos
Los sistemas de pararrayos deben ser instalados para cumplir la función de protección
contra descargas atmosféricas. El objeto de instalar pararrayos en edificios es ofrecer protección
al inmueble contra sobretensiones, producto de una descarga eléctrica, derivada de una tormenta
atmosférica, que venga o vaya hacia tierra.
Para determinar la necesidad de un pararrayos se debe calcular el índice de riesgo en la
instalación que depende de los siguientes factores [2]:
68
Ir = A + B + C + D + E + F + G
(13)
en donde, cada uno de estos términos son índices parciales que toman en cuenta lo siguiente:
A = Uso al que se destina la estructura.
B = Tipo de construcción.
C = Contenido e importancia por efectos secundarios.
D = Grado de aislamiento.
E = Tipo de región o terreno.
F = Altura de la estructura.
G = Número de tormentas por año.
En la norma COVENIN 599-73 [13] se indican los valores de los índices señalados
anteriormente, el extracto de la norma de la página 9 a la 12 se incluye en el apéndice I.
El formulario para recopilar esta información se muestra a continuación, el índice parcial
“A” se refiere al uso al que se destina la estructura, para las industrias el valor es 6. El índice de
riesgo “C” representa al contenido o tipo de inmueble en este caso el valor puede ser 2, 5 u 8.
Tabla XXXI. Formulario para determinar la instalación del sistema pararrayos
A
6
B
C
D
E
F
G
Ir
0 < Ir < 30
Opcional
30 < Ir < 60
Recomendado
Ir ≥ 60
Indispensable
2/5/8
En caso de necesitar un protector contra sobretensiones se recomienda utilizar puntas
franklin utilizando como bajante, conductor desde el pararrayos a la línea o a la conexión de
69
puesta a tierra, calibre mínimo N° 14 de cobre o N° 12 de aluminio para acometidas menores a 1
kV y calibre N° 6 de cobre o aluminio para circuitos mayores de 1 kV.
3.13 Selección del sistema de emergencia
Un factor importante a considerar a la hora de escoger el tipo de fuente de alimentación es
el tiempo de respaldo requerido según la clase de servicio que se necesite y el grado de
confiabilidad del sistema de suministro de energía de emergencia. En cualquier caso el sistema
debe poseer los medios automáticos para transferir en caso de que falle la energía de la red.
Tabla XXXII. Tipos de Sistemas de Emergencia y sus consideraciones
Tiempos Mínimos
Requeridos
Tiempo de respaldo
Tiempo de interrupción
Grupo
Sistema Potencia Acometida
Generador Ininterrumpida
separada
≥ 90 min
≥ 90 min
Baterías
≤ 10 seg
-
Si el sistema de emergencia escogido supera el tiempo mínimo de interrupción del
servicio se requiere una fuente auxiliar hasta que el equipo tome la carga. Usualmente cuando el
tiempo de respaldo requerido es alto y la carga a respaldar es elevada se recomienda un grupo
generador el cual se dimensiona seleccionando la carga crítica y se escoge el siguiente valor
normalizado aproximando hacia arriba. Si es necesario se coloca un UPS (Sistema de Potencia
Ininterrumpida) para respaldar las cargas más críticas en las que el tiempo de interrupción deba
ser menor a 10 segundos.
CAPÍTULO 4: APLICACIÓN DEL MANUAL AL CASO DE UNA PLANTA
INDUSTRIAL FARMACÉUTICA
4.1 Descripción de la planta
El objetivo del caso estudio es ilustrar los criterios de diseño utilizados en el manual de
instalaciones eléctricas industriales con fines prácticos.
La planta industrial farmacéutica VENFARPA está destinada a la producción de fluidos
terapéuticos. El edificio está ubicado en la zona industrial de La Fría, estado Táchira y posee un
área total de 7.215 m2 conformado por dos plantas:
•
Planta baja: posee una superficie de 4.415 m2 y se encuentra estructurada con las
siguientes áreas: producción, oficinas, control de calidad y/o laboratorios, servicios
básicos y almacenes, siendo este último de doble altura y con una superficie de 1.600 m2,
mientras que el resto de las áreas poseen sólo un nivel.
•
Piso 1: se encuentran las áreas de servicios críticos, oficinas, descanso y
entrenamiento, las cuales poseen un área de 2.800 m2. La ubicación de dichas áreas está
representada en la figura 4 para la planta baja y en la figura 5 para el piso 1.
Adicionalmente posee un entrepiso de 60 cm de alto destinado para la distribución de los
servicios básicos de la planta.
70
71
Figura 4. Distribución de las áreas de VENFARPA – Planta Baja
El área de producción posee una superficie total de 1.000 m2 que está destinada a la
elaboración del producto final, por tal razón se encuentran ubicados la mayoría de los equipos y
se cataloga como área limpia (Cleanrooms), ya que tiene un nivel controlado de contaminación
que se especifica por la cantidad y el tamaño de las partículas presentes en el aire según la
clasificación ISO (ISO5 – ISO 8).
El área de almacenes tiene una superficie de 1.600 m2 a doble altura y está destinada para
el acopio tanto de la materia prima como del producto terminado.
En el área de servicios básicos se encuentran los siguientes sistemas: agua potable,
compresor de aire, compresor de agua purificada y caldera. Además se incluye un espacio para el
cuarto de tableros de alimentación principal del sistema eléctrico.
72
El área de servicios críticos contempla el sistema de agua purificada, aire acondicionado,
extracción y ventilación.
Figura 5. Distribución de las áreas de VENFARPA – Piso 1
4.2 Identificación de las zonas
La asignación del código de identificación (ID) de cada área se realiza con el plano de la
planta dividiendo los sectores en forma rectangular, esta codificación se puede observar en la
tabla II.1 que se encuentra en el apéndice II.
4.3 Clasificación de las zonas
La clasificación de las zonas según las sustancias inflamables presentes especificada en el
CEN no aplica para este caso.
73
4.4 Determinación del nivel de tensión de alimentación
El nivel de tensión ofrecido por la empresa que abastece de energía a la planta, en este
caso CADAFE, es de 13,8 kV; la distribución se realizará en 480 V configuración estrella con
neutro puesto a tierra, lo que corresponde a 277 V fase neutro, para las cargas de iluminación,
sistemas de fuerza y algunos tomacorrientes de uso específico, el otro nivel de tensión a utilizar
es 208/120 V para tomacorrientes de uso general y ciertos equipos que se alimentan a ese nivel de
tensión.
4.5 Estimación de la demanda
La estimación de la demanda clasificando la carga por sistema se presenta a continuación:
4.5.1 Alumbrado
Las especificaciones de las luminarias según la zona a utilizar son las siguientes:
Tabla XXXIII. Formulario de levantamiento de especificaciones de luminarias
Zonas/
Ubicación
Almacenes
Oficinas
Tipo de
lámpara
Fluorescente
Clase
seguridad
I
Nivel de
protección
54
Fluorescente
I
21
I
67
I
21
I
54
I
54
I
20
Producción
Fluorescente
Servicios
críticos
Fluorescente
Laboratorios Fluorescente
Servicios
básicos
Baños /
Esclusas
Fluorescente
Fluorescente
Tensión
(V)
277
277
277
277
277
277
277
Potencia
(W)
3 x 32
Lúmenes
3350
3 x 32
3350
4 x 17
1300
3 x 32
3350
3 x 32
3350
3 x 32
3350
2 x 26
1800
74
A continuación se presenta un ejemplo del cálculo realizado para determinar el número de
luminarias por área según el método del Lumen.
Tabla XXXIV. Formulario para determinar el número de luminarias en la zona de
Producción en el área de Llenado
750 Lux
22 Llenado
1300 lúmenes
4 c/u
17W
Coeficiente de Utilización
Altura del
local
2,40
hfc
hrc
hcc
Largo
Ancho
0,85
1,55
0,00
7,80
5,60
%
Reflectancia
Pared
pf
pc
pcc
pfc
CU
50
20
80
77
19
0,61
LLD1
0,82
LLD2
0,95
LLF
0,76
Iluminación
individual /
lámpara
Área
(m2)
CU
LLF
5200,00
43,68
0,61
0,76
Nlargo
4,42
Nancho
real
3,00
Nlargo
Real
4,00
Factores de pérdida de luz
RSDD
0,97
Cálculo
Posición
Nancho
3,17
Número
Número
de
real
luminarias
13,67
14,00
Razones de cavidad
RCR
FCR
CCR
cuarto
piso
cielo
2,38
1,30
0,00
75
Tabla XXXV. Cantidad de luminarias e interruptores en el área de Producción
Código
ID
Zona: Producción
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45A
45B
45C
45D
Esclusa de Personal acceso a pesada y muestreo
Esclusa de Materia Prima I
Esclusa de Materia Prima II
Pesada y Muestreo
Esclusa de acceso de personal a Mezcla y formulación.
Área de Distribución de Personal
Zona de Mezcla y Formulación.
Cuarto de lavado de Mezcla y Formulación.
Esclusa de acceso de Personal a Llenado 1
Esclusa de acceso de Personal a Llenado 2
Área de Llenado
Zona de Lavado y Preparación.
Esclusa de Materia Prima (III) Lavado y Preparación
Pasillo de almacén hacia Esclusa de Materia Prima (III)
Zona de Recepción de frascos hacia Autoclave
Zona de Autoclaves
Pasillo paralelo a Autoclaves
Zona de Recepción de Frascos desde Autoclaves
Zona de Inspección Visual y Etiquetado
Esclusa de Materia Prima (IV) Embalaje
Zona de Embalaje
Baños Damas - zona de cambio calle
Baños Damas - zona sanitarios
Baños Damas - zona de cambio 2
Baños Damas – lavamanos
Baños Damas - Esclusa de entrada a producción
Baños Caballeros - zona de cambio calle
Baños Caballeros - zona sanitarios
Baños Caballeros - zona de cambio 2
Baños Caballeros-Esclusa de entrada a producción
Baños Caballeros – lavamanos
Lavandería
Lava Mopas
Pasillo perimetral de circulación A
Pasillo perimetral de circulación B
Pasillo perimetral de circulación C
Pasillo perimetral de circulación D
Cantidad
de
luminarias
4x17W
277V - 1Φ
1
1
1
2
2
4
23
1
2
2
14
22
3
6
9
2
2
13
10
1
18
2
3
1
1
1
2
4
2
1
1
3
1
7
9
10
3
Interruptores
2 vías
1 sencillo
3 vías
2 sencillos
1 sencillo
1 sencillo
2 sencillos
2 sencillos
1 doble
1 sencillo
2 sencillos
2 sencillos
1 sencillo
1 doble
1 sencillo
2 sencillos
1 sencillo
2 sencillos
2 sencillos
1 sencillo
1 sencillo
2 dobles
2 sencillos
2 sencillos
1 sencillo
1 sencillo
1 sencillo
2 sencillos
2 sencillos
1 sencillo
1 sencillo
1 sencillo
1 sencillo
1 sencillo
1 doble
1 sencillo
1 sencillo
1 sencillo
2 sencillos
76
En el apéndice II se indica el resto del cálculo del número de luminarias por zona, y en la
tabla XXXV se presenta el resumen del cálculo de la cantidad de luminarias e interruptores de la
planta en el área de Producción
Una vez definido la cantidad de luminarias por zona se puede realizar el cálculo de la
demanda, en la siguiente tabla se da el resumen de los kW estimados:
Tabla XXXVI. Estimación de la demanda del Sistema de Iluminación
Nº de
luminarias
Potencia por
lámpara
Potencia total
(W)
38
3 x 32 W
3.648
8
2 x 26 W
416
101
3 x 32 W
9.696
21
2 x 26 W
1.092
59
3 x 32 W
5.664
61
400 W
24.400
13
3 x 32 W
1.248
2
2 x 26 W
104
190
4 x 17 W
12.920
13
3 x 32 W
1.248
5
2 x 26 W
260
Servicios básicos
16
3 x 32 W
1.536
Servicios críticos
40
3 x 32 W
3.840
Zona
Oficinas PB
Oficinas Nivel 1
Almacenes
Laboratorios
Producción
Mantenimiento
Potencia total del Sistema de Iluminación
66.072
El factor de demanda aplicable al sistema de iluminación según lo indicado en la tabla
220.11 del CEN es del 100%, por lo tanto la carga total de iluminación estará definida por:
77
kVAIlum = 66kW 0,9 = 73,413kVA
(14)
4.5.2 Estimación del sistema de tomacorrientes
Para estimar la cantidad de tomacorrientes se asignan por área un número determinado en
función de las necesidades de la zona considerando los equipos a instalar, en la tabla XXXVII se
muestra la zona de producción.
De igual forma que se hizo el cálculo para el sistema de iluminación se realiza el resumen
con la cantidad de tomacorrientes por zonas, tabla XXXVIII, en este caso se asume para los
tomacorrientes con tensión superior a 120 V, 300 VA por tomacorriente.
78
Tabla XXXVII. Cantidad de tomacorrientes para diferentes niveles de tensión en la zona de
Producción
Código
ID
Zona: Producción
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45A
45B
45C
45D
Esclusa de Personal acceso a pesada y muestreo
Esclusa de Materia Prima I
Esclusa de Materia Prima II
Pesada y Muestreo
Esclusa de acceso de personal a Mezcla y formulación.
Área de Distribucion de Personal
Zona de Mezcla y Formulación.
Cuarto de lavado de Mezcla y Formulación.
Esclusa de acceso de Personal a Llenado 1
Esclusa de acceso de Personal a Llenado 2
Área de Llenado
Zona de Lavado y Preparación.
Esclusa de Materia Prima (III) Lavado y Preparación
Pasillo de almacen hacia Esclusa de Materia Prima (III)
Zona de Recepción de frascos hacia Autoclave
Zona de Autoclaves
Pasillo paralelo a Autoclaves
Zona de Recepción de Frascos desde Autoclaves
Zona de Inspección Visual y Etiquetado
Esclusa de Materia Prima (IV) Embalaje
Zona de Embalaje
Baños Damas - zona de cambio calle
Baños Damas - zona sanitarios
Baños Damas - zona de cambio 2
Baños Damas - lavamanos
Baños Damas - Esclusa de entrada a producción
Baños Caballeros - zona de cambio calle
Baños Caballeros - zona sanitarios
Baños Caballeros - zona de cambio 2
Baños Caballeros-Esclusa de entrada a producción
Baños Caballeros - lavamanos
Lavandería
Lava Mopas
Pasillo perimetral de circulación A
Pasillo perimetral de circulación B
Pasillo perimetral de circulación C
Pasillo perimetral de circulación D
Cantidad de Tomacorrientes
120V-1Φ
208V-1Φ 208V-3Φ 480V-3Φ
1
1
1
1
1
2
2
1
3
2
3
1
1
1
1
1
2
1
1
1
3
3
3
1
1
1
3
1
2
1
1
1
1
3
2
1
4
1
1
1
1
2
1
1
4
2
2
1
1
1
1
1
1
3
1
4
4
4
1
2
2
2
2
1
79
Tabla XXXVIII. Estimación de la demanda del Sistema de tomacorrientes
Zona
Oficinas PB
Oficinas Nivel 1
Almacenes
Laboratorios
Producción
Mantenimiento
Servicios básicos
Servicios críticos
Nº de
tomacorrientes
Tensión del
T/C
VA por T/C
Potencia total
(VA)
32
12
41
12
31
10
9
5
60
27
14
7
13
5
5
5
4
4
2
1
120V - 1Φ
208V - 1Φ
120V - 1Φ
208V - 1Φ
120V - 1Φ
208V - 1Φ
120V - 1Φ
208V - 1Φ
120V - 1Φ
208V - 1Φ
208V - 3Φ
480V - 3Φ
120V - 1Φ
208V - 1Φ
120V - 1Φ
208V - 1Φ
208V - 3Φ
480V - 3Φ
120V - 1Φ
208V - 1Φ
180
300
180
300
180
300
180
300
180
300
300
300
180
300
180
300
300
300
180
300
5.760
3.600
7.380
3.600
5.580
3.000
1.620
1.500
10.800
8.100
4.200
2.100
2.340
1.500
900
1.500
1.200
1.200
360
300
Potencia total del Sistema de tomacorrientes
66.240
Aplicando el factor de demanda de la tabla 220-13 del CEN se obtiene lo siguiente:
Tabla XXXIX. Demanda de los tomacorrientes
Para los primeros 10 kVA
10.000
Resto sobre los 10 kVA
28.120
Demanda de los tomacorrientes
38.120
80
Así pues, los kVAT/C son igual a 38,12 kVA.
4.5.3 Estimación del sistema de fuerza
La estimación de la demanda de los equipos proviene de demandas genéricas utilizadas en
proyectos similares, tabla XL.
De manera que la potencia total de los equipos de fuerza es de 914,91 kW lo que equivale
a una potencia activa de 1.016,57 kVA considerando un factor de potencia de 0,9.
Considerando que para la carga de aire acondicionado se toma el factor de demanda al
100% y tomando en cuenta para el resto del sistema de fuerza 0,8; se tiene que la demanda total
es de 887,85 kVA para los equipos de fuerza.
4.6 Determinación de la distribución y ubicación de los tableros eléctricos
La distribución de los tableros será de la siguiente manera:
4.6.1 Tablero principal
El tablero principal está ubicado en uno de los sectores de la zona de Servicios Básicos,
Cuarto de Tableros, siendo éste el punto más cercano a la acometida de alimentación de la planta.
Posee dos salidas, un acceso frontal y otro posterior.
81
Tabla XL. Carga estimada de los equipos de fuerza a instalar
Zona
Producción
Servicios básicos
Servicios críticos
Equipo
Cantidad
Capacidad
Capacidad total
en kW
Bomba 1
1
5 kW
5
Bomba 2
1
5 kW
5
Llenadota 1
1
10 kW
10
Llenadota 2
1
10 kW
10
Llenadota 3
1
20 kW
20
Autoclave 1
1
7.5 kW
7.5
Autoclave 2
1
7.5 kW
7.5
Autoclave 3
1
5 kW
5
Etiquetadora
1
7.5 HP
5.6
Encajonadora
1
20 kW
20
Termo encogible
1
20 kW
20
Paletizadora
1
10 HP
7.46
Lavadora
1
2.6 kW
2.6
Campana 1
1
3 HP
2.24
Campana 2
1
3 HP
2.24
Agua potable
1
96 A
71.83
Caldera
1
10 HP
7.46
Compresor de aire 1
Compresor de agua
refrigerada 2
Agua purificada
2
23 kW
46
2
75 HP
111.9
1
30 HP
28.38
Ventilador UMA
10
10 HP
74.6
Resistencia
10
20 HP
149.2
Ventilador extractor
10
12 HP
89.5
Control
Extracción y
ventilación
Bomba 3
10
3A / 480V
22.4
8
22 kW
176
1
7.5 kW
7.5
82
4.6.2 Tableros secundarios
Los tableros están ubicados en las siguientes zonas:
•
Producción.
o Zona de Mezclado y Formulación. (Equipos en 480 V y 208 V)
o Zona de Lavado y Preparación.
o Zona Recepción de frascos desde Autoclaves.
o Pasillo D.
•
Servicios básicos.
•
Servicios críticos.
•
Oficinas nivel planta baja.
•
Almacén de Productos terminados.
4.7 Selección del calibre de los alimentadores
Los alimentadores utilizados para todas las instalaciones son cables de conductor de
cobre, trenzado revestido, con tipo de aislamiento THW.
4.7.1 Criterio de capacidad de corriente
Para el criterio de capacidad de corriente se considera que los calibre 14, 12 y 10 soportan
un máximo de corriente de 15, 20 y 30 A, respectivamente, ya que existe una excepción en la
tabla de capacidad de corriente que no permite que los dispositivos de protección para dichos
calibres superen el valor mencionado anteriormente.
83
Tabla XLI. Selección del conductor por el criterio de ampacidad del Sistema de fuerza en la
Zona de Producción
Datos del
Datos del equipo
Corriente
Corriente de diseño Calibre
Tensión Potencia
nominal
(A)
(V)
(kW)
Cu /
(A)
TW / THW
Al
Tipo Aislamiento
Ubicación
(ID)
Equipo
Mezcla (18)
Mezcla (18)
Llenado (22)
Llenado (22)
Llenado (22)
Lavado (23)
Autoclaves (27)
Autoclaves (27)
Etiquetado (30)
Embalaje (32)
Bomba 1
Bomba 2
Llenadora 1
Llenadora 2
Llenadora 3
Autoclave 1
Autoclave 2
Autoclave 3
Etiquetadora
Encajonadora
Cu
Cu
Cu
Cu
Cu
Cu
Cu
Cu
Cu
Cu
THW
THW
THW
THW
THW
THW
THW
THW
THW
THW
480
480
480
480
480
480
480
480
480
480
10,00
10,00
10,00
10,00
20,00
15,00
15,00
5,00
5,60
20,00
13,36
13,36
13,36
13,36
26,73
20,05
20,05
6,68
7,48
26,73
16,71
16,71
16,71
16,71
33,41
25,06
25,06
8,35
9,35
33,41
12
12
12
12
8
10
10
14
14
8
Termo
encogible
Cu
THW
480
20,00
26,73
33,41
8
Cu
Cu
Cu
Cu
THW
THW
THW
THW
480
480
208
208
7,46
15,00
2,24
2,24
9,97
20,05
6,90
6,90
12,46
25,06
8,63
8,63
14
10
14
14
Embalaje (32)
Prod. Termin (10) Paletizadora
Lavado (23)
Lavadora
Muestreo (15)
Campana 1
Muestreo (15)
Campana 2
4.7.2 Criterio de caída de tensión
Para realizar los cómputos de la caída de tensión se necesita la longitud del conductor la
cual se determinó calculando la distancia lineal desde el equipo hasta el tablero de distribución
para la zona, adicionalmente se considera 1 m de distancia desde el tablero hasta el techo ya que
el recorrido del cableado se hará por el entrepiso del edificio, igualmente a la llegada del equipo
se agrega 1 m más.
84
Tabla XLII. Selección del calibre por el criterio de caída de tensión
Ubicación
(ID)
Equipo
Corriente
diseño (A)
Longitud
(m)
A.m
Fp
ΔV
(%)
Calibre
Mezcla (18)
Bomba 1
16,71
12
86,90
0,8
2
14
Mezcla (18)
Bomba 2
16,71
14
101,38
0,8
2
14
Llenadora 1
16,71
20
144,83
0,9
2
14
Llenadora 2
16,71
20
144,83
0,9
2
14
Llenadora 3
33,41
20
289,65
0,9
2
12
Autoclave 1
25,06
12
130,34
0,9
2
14
25,06
14
152,07
0,9
2
14
8,35
14
50,69
0,9
2
14
9,35
6
24,31
0,9
2
14
33,41
12
173,79
0,9
2
14
33,41
14
202,76
0,9
2
14
12,46
24
129,65
0,9
2
14
25,06
6
65,17
0,9
2
14
8,63
14
52,36
0,9
2
14
8,63
14
52,36
0,9
2
14
Llenado
(22)
Llenado
(22)
Llenado
(22)
Lavado (23)
Autoclaves
Autoclave 2
(27)
Autoclaves
Autoclave 3
(27)
Etiquetado
Etiquetadora
(30)
Embalaje
Encajonadora
(32)
Embalaje
Termo
(32)
encogible
Prod.Termin
Paletizadora
(10)
Lavado (23)
Lavadora
Muestreo
Campana 1
(15)
Muestreo
Campana 2
(15)
4.7.3 Selección del calibre del conductor del neutro
Se escogió el mismo calibre que se utiliza para las fases considerando el calibre mayor
resultado de aplicar los dos criterios anteriores, para unificar y facilitar la instalación del
cableado.
85
4.7.4 Selección del calibre del conductor de puesta a tierra
Dado que la selección depende de la capacidad del dispositivo de protección, en el
siguiente formulario se presenta el cálculo de la corriente de la protección y el valor comercial
del dispositivo para determinar el calibre del conductor de puesta a tierra. Adicionalmente, está el
resumen de los calibres escogidos.
Tabla XLIII. Selección del calibre de los conductores de fase, neutro y tierra
Conductor de las fases y neutro
Ubicación
(ID)
Equipo
Mezcla (18)
Conductor de PAT
Calibre
Ampacidad
Cal. Caída
de tensión
Calibre
mayor
IProtección
IProtección
comercial
Calibre
Bomba 1
12
14
12
20,85
20
12
Mezcla (18)
Bomba 2
12
14
12
20,85
20
12
Llenado (22)
Llenadora 1
12
14
12
20,85
20
12
Llenado (22)
Llenadora 2
12
14
12
20,85
20
12
Llenado (22)
Llenadora 3
8
12
8
41,71
45
10
Lavado (23)
Autoclave 1
10
14
10
30,03
30
10
Autoclave 2
10
14
10
30,03
30
10
Autoclave 3
14
14
14
14,18
15
14
Etiquetadora
14
14
14
14,67
15
14
Encajonadora
8
14
8
41,71
45
10
Termo
encogible
8
14
8
41,71
45
10
Paletizadora
14
14
14
16,23
15
14
Lavadora
10
14
10
30,03
30
10
Campana 1
14
14
14
14,31
15
14
Campana 2
14
14
14
14,31
15
14
Autoclaves
(27)
Autoclaves
(27)
Etiquetado
(30)
Embalaje
(32)
Embalaje
(32)
Prod.
Termin (10)
Lavado (23)
Muestreo
(15)
Muestreo
(15)
86
4.8 Selección de la canalización
La canalización de los alimentadores se hará mediante bandejas portacables ya que se
dispone de un entrepiso que facilita el transporte de los mismos, además que reduce los costos
de la instalación. Las dimensiones de las bandejas serán de 60 cm tipo escalera o ventilada.
Para los circuitos ramales se escogieron tuberías metálicas que van desde los tableros
secundarios a los equipos utilizando ¾” para calibres N° 12 y 10.
4.9 Selección de protecciones
El cálculo de las protecciones se realizó para obtener el calibre de los conductores de
puesta a tierra los cuales se muestran en la tabla XLIII.
4.10 Selección del tablero eléctrico
A continuación se presenta el formulario con los datos de un tablero eléctrico, en el
que se especifica el nombre del proyecto y fecha de levantamiento, adicionalmente se
presentan los datos del alimentador, interruptor principal, carga conectada por fase y tipo de
carga.
87
Tabla XLIV. Formulario para tableros de distribución
HOJA DE TABLERO
TABLERO
UBICACIÓN
TENSIÓN
BARRAS DE COBRE
TSSF-PR18
PROD 18
3x277/480V
ALIMENTADOR
FASES
NEUTRO
TIERRA
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
AMPERIOS
TENSIÓN
KA SIM. INTERRUPCIÓN
#6
#6
#8
CARGA
CONECTADA
CAL
AMP
11,11
BOMBA 1
12
20
RESERVA
RESERVA
RESERVA
R
S
RESERVA CI.
ALIMENTADOR
AMPERIOS
METROS
A.m
CAP. CARGA
CAÍDA TENSIÓN
NHB
TIPO DE TABLERO
KVA
TIPO DE CARGA
ALUMBRADO
T/C USO GEN
A/A
OTROS
PLANTA INDUSTRIAL
VENFARPA
PROYECTO
FECHA
30,07
40
1202,81
#8
#6
KVA
T
Nº
R
S
T
Nº
1
3
5
7
9
11
*
│
│
*
│
│
│
*
│
│
*
│
│
│
*
│
│
*
2
4
6
8
10
12
TOTAL
FACTOR
DEMANDA
22,22
1,00
AMP
CAL
CARGA CONECTADA
KVA
20
12
BOMBA 2
11,11
RESERVA
RESERVA
RESERVA
DEMANDA
KVA
22,22
SUB-TOTAL KVA
20%
22,22
4,44
TOTAL KVA
26,67
CALIBRE MAYOR
IPROTECCIÓN
I COMERCIAL
3
40
480
#6
38,36
40
88
4.11 Selección del sistema de transformación
Para dimensionar el transformador de acuerdo al valor obtenido de las demandas antes
mencionadas 999,39 kVA en total, se busca el valor normalizado por encima para su selección.
Se obtiene un transformador tipo pedestal de capacidad 1500 kVA a una tensión de 13,8/0,48 kV
con impedancia de 5,75 %. El cálculo del nivel de cortocircuito del lado de baja tensión se
muestra a continuación, la selección de las protecciones correspondientes le concierne a la
empresa suplidora de energía.
Icc =
1500kVA
3 ⋅ 480V ⋅ 0,0575
= 31,41kARMSsimétri cos
(15)
4.12 Selección del sistema de puesta a tierra
Para el sistema no se emplea un anillo de puesta a tierra sino que se aplica un arreglo en
forma de triángulo formado por barras Copperweld de 5/8’’ x 2,4 m, conectadas mediante un
alambre de cobre desnudo calibre 4. A su vez el sistema de puesta a tierra se unirá a la entrada
principal de tuberías de aguas blancas para contribuir a bajar la resistencia de puesta a tierra y
mantener todo el conjunto a un mismo potencial.
El sistema eléctrico del edificio de conectará al arreglo mediante una barra principal de
tierra (MGB) ubicada en el cuarto de tableros, donde se encuentra el tablero principal.
89
4.13 Selección del sistema de pararrayos
Se realiza considerando los siguientes aspectos: índice B: estructura de concreto armado
con techo metálico; índice C: industrias con contenido vulnerable al fuego; índice D: localizado
en un área de inmuebles o árboles de la misma altura; índice E: planicie y piedemonte, altitud 127
msnm; índice F: altura de la estructura 6 m; e índice G: número de días de tormenta por año de 3
a 6.
Resulta que la colocación es opcional ya que el índice de riesgo se encuentra en el rango
de 0 a 30.
Tabla XLV. Formulario para determinar la instalación del sistema pararrayos
A
B
C
D
E
F
G
Ir
6
5
5
2
2
2
5
27
0 < Ir < 30
Opcional
X
30 < Ir < 60
Recomendado
Ir ≥ 60
Indispensable
4.14 Selección del sistema de emergencia
Dado que el sistema de producción no puede ser interrumpido y la carga conectada son
130 kVA, adicionalmente se incluye la carga correspondiente a los servicios básicos y servicios
críticos 450 kVA y la iluminación de emergencia, por lo que se escoge como sistema de respaldo
un Grupo Generador de 750 kVA, 480 V que actúa automáticamente a través de una transferencia
automática en menos de 10 segundos.
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
Con este proyecto se elaboró un manual de diseño para instalaciones eléctricas
industriales con enfoque práctico. Para el desarrollo del mismo se utilizó como ejemplo un
sistema eléctrico de una planta industrial farmacéutica.
El Código Eléctrico Nacional 200:2004 sirvió como base para seleccionar los criterios
básicos de diseño, pero fue de la literatura especializada de donde se extrajeron los conocimientos
provenientes de la experiencia de los ingenieros del ramo. Mediante este estudio se pudo observar
que el CEN presenta faltas de actualización en los materiales utilizados en el mercado y con las
tendencias a nivel mundial.
Como herramienta fundamental se crearon formularios que permiten recopilar los datos
necesarios para realizar los cómputos que determinan las características del sistema a desarrollar.
El software Microsoft Office Excel 2003 sirvió como facilitador para realizar dichas plantillas y a
su vez para efectuar los cálculos necesarios para determinar las luminarias por área, la selección
de los conductores, dispositivos de protección y tableros eléctricos.
90
91
Este manual arroja los lineamientos que mejor aplican para el caso de estudio, pero no
toma en cuenta las posibles exigencias del cliente al proyectista ni el presupuesto asignado para el
proyecto.
El diseño realizado en el caso estudio cumple con los requisitos mínimos de seguridad
establecidos, adicionalmente las luminarias seleccionadas para la zona de producción son las
adecuadas según las exigencias que aplican para áreas limpias (Cleanrooms). En cuanto a los
cables escogidos soportan hasta 75 °C ya que para este tipo de industria la temperatura estimada
en ningún caso excederá este rango. Se seleccionaron bandejas portacables para la canalización
de los alimentadores ya que se contó con un entrepiso que facilita su distribución. Se
concentraron los tableros principales en un cuarto de tableros para restringir el acceso al área
dada la importancia de la zona de producción.
5.2 Recomendaciones
•
Se recomienda darle continuidad al proyecto, ampliando la aplicación del manual hacia
los principales tipos de industrias apoyándose en especialistas de cada ramo, quienes
deberán exponer las necesidades básicas tanto de seguridad como de suministro de
energía eléctrica.
•
Incluir el análisis económico del proyecto tomando en cuenta la rentabilidad del mismo,
para seleccionar los criterios y materiales que garanticen el buen diseño del sistema
eléctrico.
92
•
Elaborar un software que permita de forma automática realizar los cómputos necesarios
considerando los criterios fundamentales de seguridad para el proyecto y que a su vez
permita al proyectista incluir los parámetros de exigencia del cliente.
•
Se recomienda al Comité de Electricidad de Venezuela realizar una revisión tanto al
mercado actual como de las nuevas normas internacionales para de esta manera completar
la información del Código Eléctrico Nacional (CEN).
•
Como recomendación final se sugiere la publicación de este manual para lograr su
objetivo inicial, servir de guía práctica a los proyectistas del ramo en el desempeño de sus
funciones.
CAPÍTULO 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] CÓDIGO ELÉCTRICO NACIONAL.
COVENIN 200:2004 (7ma REVISIÓN). Caracas 2004.
[2] Penissi, Oswaldo.
“Canalizaciones Eléctricas Residenciales”
Sexta Edición, Caracas 1998.
[3] I.E.S. LIGHTING HANDBOOK.
“The Standard Lighting Guide”
Cuarta Edición.
[4] Tutorial de Instalaciones Eléctricas
http://sistemas.itlp.edu.mx/tutoriales/instalacelectricas/
[5] GUTH.
“A division of lighting group, inc.”
[6] Valectra C. A.
“Tableros de alumbrado, distribución y potencia”
http://www.valectra.com.ve/catalogos/NLAB-NHB-CDP.pdf
93
94
[7] “Electrical Transmisión and Distribution Reference Book”. 7 tono
Westinghouse Electric Corporation.
Cuarta Edición. East Pittsburgh, Pennsylvania, 1964.
[8] IEEE Std. 80-1986.
“An American National Standard IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.”
[9] Catálogo general MARESA (Información técnica)
[10] Catálogo profesional de lámparas, luminarias y postes 2005-2007.
“Luminotecnia”
www.obralux.com
[11] Tableros de fuerza y distribución tipo CFD.
http://www.subtaca.com/tableros.php
[12] Harper, Enrique.
“El ABC de las Instalaciones Eléctricas Industriales”
Editorial Limusa, S. A. México, 2004.
[13] “Código de Protección Contra rayos”
COVENIN 599:73.
Segunda Edición, 1973.
95
APÉNDICE I
Tablas de Referencia
96
APÉNCIDE I. TABLAS DE REFERENCIA
Tabla I.1. Coeficientes de utilización típicos
97
Tabla I.1. Coeficientes de utilización típicos. (Continuación)
98
Tabla I.2. Número máximo de conductores y cables de aparatos de la misma sección en
tubería EMT de acuerdo al porcentaje de ocupación permisible
Tipo.
Letras
Calibre del cable
AWG/Kcmil
Tamaño comercial de la tubería en pulgadas
½
¾
1
1¼
1½
2
2½
3
3½
4
TW
14
12
10
8
8
6
5
2
15
11
8
5
25
19
14
8
43
33
24
13
58
45
33
18
96
74
55
30
168
129
96
53
254
195
145
81
332
255
190
105
424
326
243
135
RHH*, RHW*,
RHW-2*,
THHW, THW,
THW-2
14
6
10
16
28
39
64
112
169
221
282
RHH*, RHW*,
RHW-2*,
THHW, THW
12
10
4
3
8
6
13
10
23
18
31
24
51
40
90
70
136
106
177
138
227
177
RHH*, RHW*,
RHW-2*,
THHW, THW,
THW-2
8
1
4
6
10
14
24
42
63
83
106
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
3
3
2
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
8
6
5
4
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
11
8
7
6
4
3
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
18
13
12
10
7
6
5
4
3
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
32
24
20
17
12
10
9
7
6
5
4
4
3
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
48
36
31
26
18
16
13
11
9
7
6
6
5
4
3
3
3
3
2
2
1
1
1
1
63
47
40
34
24
20
17
15
12
10
8
7
7
6
4
4
4
3
3
3
2
1
1
1
81
60
52
44
31
26
22
19
16
13
11
10
9
7
6
5
5
5
4
4
3
2
2
1
RHH*, RHW*,
RHW-2*, TW,
THW, THHW,
THW-2
*
6
4
3
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
800
900
1000
1250
1500
1750
2000
Los cables RHH, RHW y RHW-2, sin cubierta exterior.
99
Tabla I.2. Número máximo de conductores y cables de aparatos de la misma sección en
tubería no metálica de acuerdo al porcentaje de ocupación permisible. (Continuación)
Letras de tipo
Sección comercial en pulgadas
½
¾
1
1¼
1½
2
RHH*, RHW*,
RHW-2*, THHW,
THW, THW-2
14
4
8
15
27
37
61
RHH*, RHW*,
RHW-2*, THHW,
THW
12
10
3
3
7
5
12
9
21
17
29
23
49
38
RHH*, RHW*,
RHW-2*, THHW,
THW, THW-2
8
1
3
5
10
14
23
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
3
2
2
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7
5
5
4
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
10
8
7
6
4
3
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
17
13
11
9
6
5
5
4
3
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
RHH*, RHW*,
RHW-2*, TW, THW,
THHW, THW-2
*
Sección del cable
AWG/Kcmil
6
4
3
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
800
900
1000
1250
1500
1750
2000
Los cables RHH, RHW y RHW-2, sin cubierta exterior.
100
Tabla I.3. Cargas de iluminación general por tipo de local [Tabla 220-3(b)-CEN]
Tipo de local
Tipo de local
Carga unitaria por
metro cuadrado (en
Voltampere)
Salas de armas y auditorios
10
Inmuebles de oficinas
35**
Bancos
35**
Restaurantes
20
Barberías y salones de belleza
30
Colegios
30
Iglesias
10
Tiendas
30
Clubs
20
Almacenes, Depósitos
2,5
Juzgados
20
Unidades de vivienda*
30
En cualquiera de los locales
anteriores excepto en viviendas
unifamiliares
y
unidades
individuales
de
vivienda
bifamiliares y multifamiliares, se
aplicará lo siguiente:
Estacionamientos comerciales
*
Carga unitaria por
metro cuadrado (en
Voltampere)
5
Hospitales
20
Hoteles y moteles, incluidos
apartamentos sin cocina*
20
Salas de reunión y
auditorios
10
Inmuebles industriales y
comerciales
20
Recibos, pasillos, roperos,
escaleras
5
Casas de huéspedes
15
Espacios de almacenaje
2,5
Todos los tomacorrientes de uso general de 20 Ampere nominales o menos en unidades de vivienda
unifamiliares, bifamiliares y multifamiliares y en las habitaciones de los hoteles y moteles [excepto las
conectadas a los circuitos de tomacorrientes especificados en el Artículo 220-4(b) y (c)], se deben considerar
salidas para iluminación general y en tales salidas no serán necesarios cálculos para cargas adicionales.
** Se debe incluir además una carga unitaria de 10 Voltampere por metro cuadrado para salidas de
tomacorriente para uso general cuando desconozca el número real de este tipo de salidas.
101
Tabla I.4. Tablero de Fuerza y Distribución tipo CFD
Tablero de Fuerza y Distribución tipo CFD (CCB)
Barras principales, con 1200 Amp. máx. Ó 2000 máx sin principal.
o sin principal:
Interruptor principal:
1200 Amp. Máx.
Voltaje de trabajo:
600 Voltios máx.
Voltaje de aislamiento: 600 Volt. Min.
Servicio:
3F 4H, 3F 5H.
Construcción montaje: Caja o celda superficial o embutido, interior o intemperie.
Número de circuitos:
Según requerimientos, con disposición de los elementos de
distribución en forma horizontal.
Barras de cobre:
Desnudas, plateadas.
Capacidad de
interrupción :
200 KA simétricos RMS a 480 Voltios.
102
Tabla I.5. Capacidad de Distribución en A.m para cables monopolares de cobre, con
Aislamiento THW, en ducto magnético y no magnéticos para 60 Hz y 75ºC para
temperatura del conductor
103
Tabla I.6. Factores de corrección por caída de tensión
104
Tabla I.7. Dimensiones y Área Porcentual de los tubos y tuberías. (Área de los tubos y tuberías ocupada por las combinaciones de cables permitidas en
la Tabla 1 Capítulo 9) NOTA: (Cond. = Conductor)
Tamaño
comercial
<pulg>
1/2
3/4
1
1 1/4
1 1/2
2
2 1/2
3
3 1/2
4
Tamaño
comercial
<pulg>
3/8
1/2
3/4
1
1 1/4
1 1/2
2
2 1/2
3
3 1/2
4
Diam.
Interno
<mm>
15,8
20,9
26,6
35,0
40,9
52,5
69,4
85,2
97,4
110,0
Tubería Metálica Eléctrica
Área Total 2 Cond.
Más de 2
100%
31%
Cond.
<mm2>
<mm2>
40%
<mm2>
196
60
78
343
106
137
557
172
223
965
299
385
1313
407
525
2165
670
865
3779
1171
1511
5707
1769
2282
7448
2309
2979
9518
2950
3807
Tubo Metálico Flexible
Diam. Área Total
Más de 2
2 Cond.
Interno
Cond.
31%
100%
2
<mm>
>
40%
<mm
<mm2>
<mm2>
9,7
74
23
29
16,1
20,9
25,9
32,4
39,0
51,8
63,5
76,2
88,9
101,6
204
343
527
823
1198
2109
3167
4560
6207
8107
63
106
163
255
371
653
981
1413
1924
2513
81
137
210
329
479
843
1567
1823
2482
3243
1 Cond.
53%
<mm2>
103
182
295
511
696
1147
2003
3024
3947
5044
1 Cond.
53%
<mm2>
39
108
181
279
436
634
1117
1678
2416
3289
4296
Diam.
Interno
<mm>
Tubería No Metálica Eléctrica
Área Total 2 Cond.
Más de 2
31%
Cond. 40%
100%
<mm2>
<mm2>
<mm2>
14,2
19,3
25,4
34,0
39,8
51,3
Diam.
Interno
<mm>
16,8
21,9
28,1
36,8
42,7
54,6
64,9
80,7
93,2
105,8
158
292
506
909
1249
2067
-
49
90
156
281
387
641
-
63
116
202
363
499
827
-
220
378
618
1061
1434
2341
3312
5110
6828
8794
68
117
191
329
444
725
1027
1584
2116
2726
84
154
268
481
661
1096
-
Tubo Metálico Intermedio IMC
Área Total 2 Cond.
Más de 2
100%
31%
Cond. 40%
<mm2>
<mm2>
<mm2>
-
1 Cond.
53%
<mm2>
1 Cond.
53%
<mm2>
-
88
151
247
424
573
936
1325
2044
2731
3517
116
200
327
562
760
1240
1756
2709
3619
4660
105
Tabla I.7. Dimensiones y Área Porcentual de los tubos y tuberías. (Área de los tubos y tuberías ocupada por las combinaciones de cables permitidas en
la Tabla 1 Capítulo 9) (Continuación)
Tamaño
comercial
<pulg>
3/8
1/2
3/4
1
1 1/4
1 1/2
2
Tamaño
comercial
<pulg>
3/8
1/2
3/4
1
1 1/4
1 1/2
2
2 1/2
3
3 1/2
4
5
6
Tubo No Metálico Flexible Hermético a los Líquidos (Tipo
FNMC-B*)
1 Cond.
Diam.
Área Total 2 Cond.
Más de 2
31%
53%
Interno
100%
Cond.
2
<mm
<mm>
<mm2>
>
40%
<mm2>
2
<mm >
12,5
123
38
49
65
16,0
202
62
80
107
21,1
349
108
139
185
26,8
562
174
225
298
35,4
985
305
394
522
40,3
1276
396
510
676
51,6
2093
649
837
1109
Tubo No Metálico Flexible Hermético a los Líquidos (Tipo
FNMCA-A*)
Diam.
Área Total 2 Cond.
Más de 2
1 Cond. 53%
Interno
31%
Cond. 40%
<mm2>
100%
2
2
2
<mm>
<mm >
<mm >
<mm >
Tubo metálico Flexible Hermético a los Líquidos
Tubo Metálico Rígido
Diam.
Interno
<mm>
12,5
16,0
21,1
26,8
35,4
40,3
51,6
63,3
78,3
89,4
102,1
-
Área Total
100%
<mm2>
123
202
349
562
985
1276
2093
3147
4822
6278
8188
-
2 Cond.
31%
<mm2>
38
62
108
174
305
396
649
976
1494
1946
2538
-
Más de 2
Cond.
40%
<mm2>
49
80
139
225
394
511
837
1259
1929
2511
3275
-
1 Cond.
53%
<mm2>
65
107
185
298
522
676
1110
1668
2556
3327
4339
-
12,6
16,0
21,0
26,5
35,1
40,7
52,4
123
201
345
550
968
1301
2155
38
62
107
170
300
403
668
49
80
138
220
387
520
861
65
106
182
291
513
689
1142
Diam.
Interno
<mm>
Área Total
100%
<mm2>
2 Cond.
31%
<mm2>
Más de 2
Cond. 40%
<mm2>
1 Cond. 53%
<mm2>
-
-
-
-
-
16,0
21,2
27,0
35,4
41,2
52,9
63,2
78,5
90,7
102,9
128,8
154,8
202
354
572
984
1336
2198
3139
4838
6458
8311
13040
18811
62
109
177
305
414
681
972
1500
2001
2576
4042
5831
80
140
229
393
534
879
1255
1935
2583
3324
5216
7524
107
187
303
521
708
1165
1663
2564
3422
4405
6911
9970
106
Tabla I.7. Dimensiones y Área Porcentual de los tubos y tuberías. (Área de los tubos y tuberías ocupada por las combinaciones de cables permitidas en
la Tabla 1 Capítulo 9) (Continuación)
Tubo de PVC Rígido, Sch. 80
Tamaño
comercial
<pulg>
1/2
3/4
1
1 1/4
1 1/2
2
2 1/2
3
3 1/2
4
5
6
Diam.
Interno
<mm>
Área Total
100%
<mm2>
13,4
18,3
23,8
31,9
37,5
48,6
58,2
72,7
84,5
96,2
121,1
145,0
2 Cond.
31%
<mm2>
140
263
443
798
1103
1854
2657
4158
5605
7263
11519
16514
Más de 2
Cond.
40%
<mm2>
43
81
137
247
341
574
823
1288
1737
2251
3570
5119
Tubo de PVC Rígido, Sch. 40 y tubo de PE-AD
1 Cond.
53%
<mm2>
56
105
177
319
441
741
1062
1662
2241
2905
4607
6605
Diam.
Interno
<mm>
74
140
235
423
585
743
1408
2202
2970
3849
6105
8752
15,2
20,4
26,1
34,5
40,4
52,0
62,1
77,3
89,4
101,5
127,4
153,2
Área Total
100%
<mm2>
183
327
536
937
1281
2123
3029
4689
6281
8099
12749
18430
Tubo de PVC, Tipo A
Tamaño
comercial
<pulg>
1/2
3/4
1
1 1/4
1 1/2
2
2 1/2
3
3 1/2
4
5
6
Diam.
Interno
<mm>
17,8
23,1
29,8
38,1
43,7
54,7
66,9
82,0
93,7
106,6
-
Área Total
100%
<mm2>
2 Cond.
31%
<mm2>
248
419
699
1140
1499
2352
3518
5286
6899
8853
-
Más de 2
Cond. 40%
<mm2>
1 Cond. 53%
<mm2>
73
130
214
374
512
849
1211
1875
2512
3239
5099
7372
97
173
284
496
678
1125
1605
2485
3329
4292
6756
9768
56
101
166
290
397
658
938
1453
1947
2510
3952
5713
Tubo de PVC, Tipo EB
Más de 2
Cond.
40%
<mm2>
76
130
216
353
464
729
1090
1638
2138
2744
-
2 Cond.
31%
<mm2>
1 Cond.
53%
<mm2>
99
167
280
456
599
941
1407
2117
2759
3541
-
131
222
370
604
794
1247
1864
2801
3656
4692
-
Diam.
Interno
<mm>
Área Total
100%
<mm2>
2 Cond.
31%
<mm2>
Más de 2
Cond. 40%
<mm2>
1 Cond. 53%
<mm2>
-
-
-
-
-
56,4
-
2499
-
84,8
96,6
108,9
135,0
160,9
5618
7332
9321
14319
20341
774
-
1000
-
1741
2272
2889
4439
6305
1324
-
2247
2932
3728
5727
8136
2978
3886
4939
7589
10781
107
Tabla I.8. Área de ocupación máxima permisible para cables multiconductores en bandejas
portacables tipo escaleras, canal ventilado y fondo sólido para cables de 2000 V nominales o
menos. [Tabla 392.9-CEN]
Área de ocupación máxima permisible de los cables multiconductores en cm²
Bandejas tipo escalera o canal ventilado,
Artículo 392.9(A)
Ancho interior
de la bandeja
en cm
*
**
Columna 1
Aplicable sólo
al Artículo
392.9(A)(2)
Columna 2*
Aplicable sólo
al Artículo 392.3(A)(3)
Bandejas de fondo sólido, Artículo 392.9(C)
Columna 3
Aplicable sólo
al Artículo 392.9(C)(2)
Columna 4*
Aplicable sólo
al Artículo
392.9(C)(3)
15
45
45-(3Sd)**
35
35-(2,5Sd)**
30
90
90-(3Sd)
70
70-(2,5Sd)
45
135
135-(3,2Sd)
106
106-(2,5Sd)
60
180
180-(3Sd)
142
142-(2,5Sd )
76
225
225-(3Sd)
177
177-(2,5Sd )
90
270
270-(3Sd)
213
213-(2,5Sd)
Las ocupaciones máximas de las columnas 2 y 4 deberán calcularse según la fórmula indicada. Por ejemplo, la
ocupación máxima en cm² para una bandeja de ancho 15 cm en la columna 2 debe ser: 45 menos (3 X SD)
El término SD de las columnas 2 y 4 es la suma de los diámetros, en cm de todos los cables multiconductores de
calibres 4/0 y mayores que están en una misma bandeja con cables de calibres menores.
108
Tabla I.9. Clasificación NEMA de los tableros
109
Tabla I.10. Valores de los índices de riesgo para la instalación de un pararrayo
110
Tabla I.10. Valores de los índices de riesgo para la instalación de un pararrayo.
(Continuación)
111
Tabla I.10. Valores de los índices de riesgo para la instalación de un pararrayo.
(Continuación)
112
Tabla I.10. Valores de los índices de riesgo para la instalación de un pararrayo.
(Continuación)
113
Tabla I.11. Capacidades de corriente (A) permisibles de conductores aislados de 0 a 2000 Volt y 60 °C a 90 °C
no más de tres conductores activos en una canalización, cables o directamente enterrados, para una
temperatura ambiente de 30°C
TEMPERATURA NOMINAL DEL CONDUCTOR (VER TABLA 310-13)
SECCIÓN
CALIBRE
AWG/ Kcmil
60º C
75º C
TIPOS TIPOS
TW*, FEPW*, RH*,
UF* RHW*,
THHW*,
THW*,
THWN*,
XHHW*,
USE*, ZW*
90º C
TIPOS
TBS, SA, SIS, FEP*,
FEPB*, MI, RHH*,
RHW-2, THHN*,
THHW*, THW-2*,
THWN-2*, USE-2,
XHH, XHHW*,
XHHW-2, ZW-2
COBRE
60º C
TIPOS
TW*,
UF*
75º C
TIPOS
RH*, RHW*,
THHW*,
THW*,
THWN*,
XHHW*,
USE*
90º C
TIPOS
TBS, SA, SIS, THHN*,
THHW*, THW-2,
THWN-2, RHH*,
RHW-2, USE-2, XHH,
XHHW, XHHW-2, ZW2
AWG/
Kcmil
18
16
14
12
10
8
....
....
20*
25*
30
40
....
....
20*
25*
35*
50
14
18
25*
30*
40*
55
ALUM O ALUM RECUBIERTO DE COBRE
....
....
....
....
....
....
....
....
....
25*
20*
20*
35*
30*
25
45
40
30
6
4
3
2
1
55
70
85
95
110
65
85
100
115
130
75
95
110
130
150
40
55
65
75
85
50
65
75
90
100
60
75
85
100
115
6
4
3
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
125
145
165
195
150
175
200
230
170
195
225
260
100
115
130
150
120
135
155
180
135
150
175
205
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
215
240
260
280
320
255
285
310
335
380
290
320
350
380
430
170
190
210
225
260
205
230
250
270
310
230
255
280
305
350
250
300
350
400
500
600
700
750
800
900
355
385
400
410
435
420
460
475
490
520
475
520
535
555
585
285
310
320
330
355
340
375
385
395
425
385
420
435
450
480
600
700
750
800
900
1000
1250
1500
1750
2000
455
495
520
545
560
545
590
625
650
665
615
665
705
735
750
375
405
435
455
470
445
485
520
545
560
500
545
585
615
630
1000
1250
1500
1750
2000
....
....
....
12
10
8
FACTORES DE CORRECCION
TEMP.AMBIENTE
EN °C
21-25
26-30
31-35
36-40
41-45
46-50
51-55
56-60
61-70
71-80
*
PARA TEMPERATURA AMBIENTE DISTINTA DE 30 °C, MULTIPLICAR LAS ANTERIORES
CAPACIDADES DE CORRIENTE POR EL CORRESPONDIENTE FACTOR ABAJO INDICADO
1,04
1,05
1,08
1,04
1,05
1,08
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,96
0,94
0,91
0,96
0,94
0,91
0,91
0,88
0,82
0,91
0,88
0,82
0,87
0,82
0,71
0,87
0,82
0,71
0,82
0,75
0,58
0,82
0,75
0,58
0,76
0,67
0,41
0,76
0,67
0,41
0,71
0,58
....
0,71
0,58
....
0,58
0,33
....
0,58
0,33
....
0,41
....
....
0,41
....
....
Si no se permite otra cosa específicamente en otro lugar de este Código, la protección contra sobreintensidad de los conductores marcados con
un asterisco (*), no deben superar los 15 Ampere para el número 14 AWG; 20 Ampere para el número 12 AWG y 30 Ampere para el número
10 AWG, todos de cobre; o 15 Ampere para el número 12 AWG y 25 Ampere para el número 10 AWG de aluminio y aluminio recubierto de
cobre, una vez aplicados todos los factores de corrección por la temperatura ambiente y el número de conductores.
114
Tabla I.12. Dimensiones de los conductores aislados y cables de aparatos [Tabla 5 -CEN]
Tipos: AF, FFH-2, RFH-1, RFH-2, RH, RHH*, RHW*, RHW-2*, RHH, RHW, RHW-2,
SF-1, SF-2, SFF-1, SFF-2,
Tipo
RFH-2
FFH-2
RH
RHW-2, RHH
RHW
RH, RHH
RHW
RHW-2
SF-2, SFF-2
SF-1, SFF-1
RFH-1, AF, XF, XFF
AF, TF, TFF, XF, XFF
AF, TW, XF, XFF
TW
Calibre
Diámetro aprox. mm
Sección aprox. mm²
18
16
14
12
14
3,45
3,76
4,14
4,62
4,90
9,37
11,10
13,46
16,78
18,87
12
10
8
6
4
3
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
800
900
1000
1250
1500
1750
2000
18
16
14
18
18
16
14
12
10
8
14
5,38
5,99
8,28
9,24
10,46
11,17
11,99
14,78
15,80
16,96
18,28
19,76
22,73
24,13
25,42
26,62
28,77
31,57
33,37
34,24
35,05
36,67
38,15
43,91
47,04
49,93
52,63
3,07
3,38
3,76
2,31
2,69
3,00
3,38
3,86
4,47
5,99
4,14
22,77
28,22
53,85
67,13
86,01
98,09
112,88
171,63
196,03
226,10
262,67
306,70
405,88
457,30
507,72
556,51
650,45
782,88
874,87
920,74
964,97
1056,55
1143,13
1514,77
1737,95
1958,50
2175,38
7,42
8,96
11,10
4,20
5,69
7,05
8,96
11,70
15,69
28,22
13,46
RHH*, RHW*, RHW-2*,
THHW,THW,THW-2
* Los tipos RHH, RHW y RHW-2 sin cubierta exterior.
115
Tabla I.12. Dimensiones de los conductores aislados y cables de aparatos [Tabla 5 -CEN]
(Continuación)
Tipos: AF, RHH*, RHW*, RHW-2*, THHN, THHW, THW, THW-2, TFN, TFFN,
Tipo
Calibre
Diámetro aprox. mm
Sección aprox. mm²
RHH*, RHW*, RHW-2*
12
4,62
16,78
THHW, THW, AF, XF, XFF
10
5,23
21,50
RHH*, RHW*, RHW-2*,
8
6,76
35,85
THHW, THW, THW-2.
TW, THW
6
7,72
46,82
THHW
4
8,94
62,78
THW-2
3
9,65
73,17
RHH*
2
10,46
86,01
RHW*
1
12,50
122,65
RHW-2*
1/0
13,51
143,41
2/0
14,68
169,28
3/0
16,00
201,11
4/0
17,47
239,84
250
19,43
296,53
300
20,83
340,71
350
22,12
384,40
400
23,31
427,01
500
25,47
509,75
600
28,27
627,69
700
30,07
710,33
750
30,93
751,71
800
31,75
791,73
900
33,37
874,87
1000
34,85
953,81
1250
39,09
1200,15
1500
42,21
1399,65
1750
45,11
1598,24
2000
47,80
1794,72
TFN
18
2,13
3,57
TFFN
16
2,44
4,67
THHN
14
2,82
6,24
THWN
12
3,30
8,56
THWN-2
10
4,16
13,63
8
5,48
23,64
6
6,45
32,69
4
8,23
53,19
3
8,94
62,78
2
9,75
74,71
1
11,33
100,79
1/0
12,34
119,68
2/0
13,51
143,41
3/0
14,83
172,81
4/0
16,30
208,84
250
18,06
256,15
300
19,45
297,31
* Los tipos RHH, RHW y RHW-2 sin cubierta exterior.
116
APÉNDICE II
Cálculo de las luminarias
117
APÉNDICE II. CÁLCULO DE LUMINARIAS
Tabla II.1. Cálculo de luminarias por Zona
Producción
Zona
ID
Área
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Esclusa de Personal
Esclusa de Material 1
Esclusa de Material 2
Pesada y Muestreo
Esclusa de Acceso a Material y Fórmulas
Área de Distribución de Personal
Mezclado y Distribución
Área de Lavado
Esclusa de acceso de Personal a Llenado (c)
Esclusa de acceso de Personal a Llenado (d)
Llenado
Zona de Lavado y Preparación. ISO 7
Esclusa de Materia Prima (III) Lavado y Prepar.
Pasillo de almacén hacia Esclusa (III)
Zona de Recepción de frascos x Aut ISO 8
Zona de Autoclaves
Pasillo paralelo a Autoclaves
Zona de Recepción de Frascos Autoclaves
Zona de Inspección Visual y Etiquetado ISO 8
Esclusa de Materia Prima (IV) Embalaje
Zona de Embalaje ISO 8
Baños Damas - Zona de Cambio Calle
Baños Damas - Zona Sanitarios
Baños Damas - Zona de Cambio 2
Baños Damas - Lavamanos
Baños Damas - Esclusa de Entrada a
Producción
Baños Caballeros - Zona de Cambio Calle
Baños Caballeros - Zona Sanitarios
Baños Caballeros - Zona de Cambio 2
Baños Caballeros - Lavamanos
Baños Caballeros - Esclusa de Entrada a
Producción
Lavandería
Lava Mopas
Pasillos
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Lux
Tipo de
N° de
Requeridos Lámpara Luminarias
400
400
400
400
400
400
700
400
400
400
750
700
400
400
500
450
400
500
800
400
500
400
400
400
400
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
1
1
1
2
2
4
23
1
2
2
14
22
3
6
9
2
2
13
10
1
18
2
3
1
1
400
4 x 17 W
1
400
400
400
400
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
2
4
2
1
400
4 x 17 W
1
400
400
400
4 x 17 W
4 x 17 W
4 x 17 W
3
1
59
118
Tabla II.1. Cálculo de luminarias por Zona (Continuación)
Almacenes
Otras Áreas PB
Control de Calidad
Zona
Lux
Requeridos
Tipo de
N° de
Lámpara Luminarias
ID
Área
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
400
500
700
400
400
700
700
500
500
700
500
500
400
400
400
400
400
400
500
500
400
400
400
400
400
42
400
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
2 x 26 W
2 x 26 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
2 x 26 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
2 x 26 W
2 x 26 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
2
2
3
1
1
4
2
4
4
3
2
1
5
2
6
2
3
2
3
2
4
4
5
5
2
2
5
450
3 x 32 W
9
4
5
8
9
Archivo Control de Calidad
Cuarto de Retención de Muestras
Lab. de Microbiología
Esclusa de Personal
Área Limpia
Lab. Físico-Químico
Cuarto de Estabilidad
Oficinas de Producción
Oficinas de Validación
Laboratorio de Validación
Oficina de Supervisores de Mantenimiento
Oficina de Jefe de Mantenimiento
Baños
Pasillos de Circulación Oficinas
Pasillo de Circulación Servicios Básicos
Almacén de Repuestos
Áreas Comunes
Escalera Principal
Sala de Reunión Informales
Sala de Reproducción
Baño de Damas
Baño de Caballeros
Pasillo de Circulación Control de Calidad
Pasillo de Circulación Otras Oficinas
Disponible
Escalera Almacén
Recepción
Almacén de Materia Prima y Empaques
Rechazados
Almacén Cuarentena Materia Prima
Almacén de Insumos
Almacén Químicos
Almacén Materia Prima
400
400
400
400
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
6
10
3
8
10
Recepción de Productos Terminados
400
3 x 32 W
5
1
119
Tabla II.1. Cálculo de luminarias por Zona (Continuación)
SB
Nivel 1
Zona
ID
Área
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
2
3
6
7
Oficinas de Almacén 1
Oficinas de Almacén 2
Enfermería
Comedor
Kitchenette
Sala de Descanso
Sala de Entrenamiento
Área de Espera
Sala de Reuniones
Gerencia 4
Gerencia 3
Gerencia 2
Gerencia 1
Aseguramiento de Calidad
Administración
Recursos Humanos
Baños 1
Baños 2
Mantenimiento Nivel Técnico
Servicios Críticos
Pasillo Oficina Almacén
Pasillo A
Pasillo B
Servicios Básicos 1
Servicios Básicos 2
Servicios Básicos 3
Cuarto de Tableros
Lux
Tipo de
N° de
Requeridos Lámpara Luminarias
400
400
500
400
300
350
450
400
500
500
500
500
500
500
500
500
400
400
318
280
400
400
400
400
390
400
400
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
2 x 26 W
2 x 26 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
2 x 26 W
2 x 26 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
3 x 32 W
4
4
3
5
2
5
4
3
3
2
2
2
2
2
2
2
5
6
3
40
7
6
8
4
6
2
1
120
APÉNDICE III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
III.1 Estimación de la carga
Existen diversos factores que influyen en el diseño de una instalación eléctrica, uno de los
determinantes fundamentales es la estimación de la carga, ya que es el punto de partida para
desarrollar un diseño eficiente de la instalación eléctrica. Por lo tanto es importante obtener una
aproximación lo mas cercana posible al comportamiento de la carga real conectada y a su
demanda asociada. Para determinar este comportamiento es necesario considerar los siguientes
factores:
III.1.1 Demanda Máxima
La demanda máxima es la potencia medida (en VA o W) asociada a la carga conectada en
un cierto intervalo de tiempo, el cual depende del rango de estudio de interés.
Por ser éste el máximo valor medido se parte de aquí como peor condición para
determinar la carga conectada al sistema. La carga conectada se define como la suma de las
cargas nominales de los equipos instalados y viene expresado tanto en unidades de potencia como
de corriente, dependiendo de las especificaciones del equipo.
121
III.1.2 Factor de Demanda
Es la relación existente entre la demanda máxima de la instalación y la carga total
conectada al sistema, este valor es menor o igual a uno (1) debido a que la carga conectada es el
resultado de los valores nominales de todos los equipos conectados a la instalación.
Viene dado por:
FD =
DMax
CC
(16)
En donde,
FD = Factor de demanda del sistema de distribución.
DMax = Demanda máxima del sistema de distribución.
CC = Carga total conectada al sistema de distribución.
III.1.3 Factor de Carga
El factor de carga se refiere al valor obtenido de la relación entre la demanda promedio en
un intervalo de tiempo y la demanda máxima que se obtiene para ese mismo periodo de tiempo.
Este valor es adimensional y menor o igual que uno.
La expresión para el factor de carga es:
Fc =
en donde,
∫ P ⋅ dt
T ⋅ PM
(17)
122
Fc = Factor de carga.
P = Potencia instantánea.
PM = Potencia máxima.
T = Período de tiempo.
III.1.4 Factor de Diversidad
El factor de diversidad está dado por la relación de la sumatoria de las demandas máximas
individuales de las cargas y la demanda máxima del grupo de cargas de la instalación. Éste es un
valor adimensional y mayor o igual a uno.
El factor de diversidad resulta de la siguiente expresión:
FDiv =
∑D
Máxi
DMáxt
(18)
en donde,
FDiv = Factor de diversidad del sistema.
DMáxi = Demanda máxima de las cargas individuales.
DMáxt = Demanda máxima total del grupo.
III.1.5 Factor de Simultaneidad
Se define como el inverso del factor de diversidad. Este factor se puede considerar como
un promedio de las demandas máximas individuales coincidentes en el momento que ocurre la
demanda máxima del grupo.
123
El factor de simultaneidad depende del número de cargas individuales, decrece en un
principio y a medida que las cargas aumentan decrece más lentamente.
El factor viene dado por:
FSim =
1
FDiv
(19)
en donde,
FSim = Factor de simultaneidad del sistema.
FDiv = Factor de diversidad del sistema.
III.1.6 Factor de Utilización
Está definido como la relación que existe entre la demanda máxima y la capacidad
nominal del sistema o del equipo individual. Al igual que los factores anteriores es adimensional
y muestra el porcentaje de la capacidad del sistema o del equipo que se utiliza en el momento de
demanda máxima. [2]
Se puede expresar como:
FU =
DMáx
CS
en donde,
FU = Factor de utilización del sistema.
DMáx= Demanda máxima del sistema o equipo.
CS = Capacidad nominal del sistema o del equipo.
(20)
124
III.1.7 Factor de Pérdidas
Este factor es la relación que existe entre las pérdidas promedio y las pérdidas máximas
de potencia del sistema.
La expresión de esta relación es:
T
FPer =
1
⋅ ∫ i 2 (t ) ⋅ dt
T 0
I2
(21)
en donde,
FPer = Factor de pérdidas.
i = Corriente instantánea.
I = Corriente máxima.
T = Período de tiempo.
III.2 Selección del calibre del conductor
Para la selección del calibre de los conductores se emplean los dos criterios que se
explican a continuación:
III.2.1 Criterio de Capacidad de Conducción de Corriente
La ampacidad del conductor está directamente relacionada con la condición natural de
conductividad y la capacidad térmica del aislamiento.
125
La resistencia del conductor depende de la temperatura y en consecuencia su capacidad de
transmitir corriente. Así tenemos que los principales factores determinantes de la temperatura de
funcionamiento de los conductores son:
-
La temperatura ambiente, que puede variar a lo largo del conductor así como de
tiempo en tiempo.
-
El calor generado interiormente en el conductor por el paso de la corriente,
incluidas las corrientes fundamentales y sus armónicos.
-
La velocidad de disipación del calor generado al medio ambiente. El aislamiento
térmico que cubre o rodea a los conductores, puede afectar a esa velocidad de disipación.
-
Los conductores adyacentes cargados que tienen el doble efecto de elevar la
temperatura ambiente e impedir la disipación de calor.
De manera que la capacidad térmica del aislamiento está asociada a la propiedad de
disipar el calor producido en función del medio en el que se encuentre el conductor. Para un
conductor desnudo la disipación del calor con el ambiente es más rápida por el aire circulante,
mientras que si el conductor posee aislamiento la concentración del calor es mayor, al tener
menos contacto con el ambiente, generándose un aumento de temperatura considerable que puede
reducir la vida útil del mismo debido a la concentración de corriente.
Por tal razón el Código Eléctrico Nacional establece factores de corrección aplicables a la
capacidad de corriente permitida por conductor según los diversos factores que afecten la
disipación de calor, para así obtener la selección más adecuada. Los casos que se pueden
presentar son los siguientes: Capacidad de corriente para cables aislados en tuberías o
directamente enterrados, cables aislados en aire, conductores desnudos, factores de corrección
126
para la capacidad de corriente para más de 3 conductores en ductos, y para el caso de temperatura
ambiente superior a 30° C.
Para el cálculo de la capacidad de conducción de corriente se toma en cuenta uno o más
de los siguientes factores:
-
La compatibilidad de temperatura con el equipo conectado, sobre todo en los
puntos de conexión.
-
La coordinación con los dispositivos de protección contra sobrecorriente del
circuito y de la instalación.
-
El cumplimiento de los requisitos del producto de acuerdo con su norma
específica correspondiente. Véase 110.3(b) del CEN.
-
El cumplimiento de las normas de seguridad establecidas por las prácticas
industriales y procedimientos normalizados.
Adicionalmente, el cálculo se realiza mediante la siguiente fórmula general:
I=
TC − (TA + ΔTD )
RDC ⋅ (1 + YC ) ⋅ RCA
En donde,
TC = Temperatura del conductor en °C.
TA = Temperatura ambiente en °C.
∆TD = Aumento de temperatura por perdidas dieléctricas.
RDC = Resistencia en cc del conductor a la temperatura TC.
(22)
127
YC = Aumento de Resistencia en ca resultante de los efectos pelicular y de proximidad.
RCA = Resistencia térmica efectiva entre el conductor y el ambiente que lo rodea.
Así pues el CEN especifica en las tablas de aplicación 310.16 a 310.19 la ampacidad para
determinar el calibre de los conductores de 0 a 2000 V.
III.2.2 Criterio de Caída de Tensión
La caída de tensión es la diferencia de potencial entre los puntos de la carga y la fuente de
alimentación, debida a la impedancia propia del conductor. La impedancia es la suma de la
resistencia y la reactancia, dependiendo esta última de la sección, frecuencia de operación,
longitud, material, materiales magnéticos cercanos y la tensión de operación asociada al valor de
la corriente de la carga.
La expresión para la caída de tensión se puede expresar de la siguiente forma:
ΔV = Vo − Vc
(23)
Vo = Tensión de la fuente de alimentación.
Vc = Tensión en la carga.
ΔV = Caída de tensión en el conductor.
En el caso de instalaciones eléctricas de baja tensión se utilizan líneas cortas en donde se
desprecia el efecto de la capacitancia por lo tanto queda del diagrama vectorial lo siguiente:
128
Vo = (Vc + I ⋅ R ⋅ cos θ + I ⋅ R ⋅ senθ ) 2 + ( I ⋅ R ⋅ cos θ − I ⋅ R ⋅ senθ ) 2
(24)
Por otro lado, la componente reactiva se puede despreciar cuando IR e IX no exceden a un
10%, así que:
ΔV = Vo − Vc = I ⋅ R ⋅ cos θ + I ⋅ X ⋅ senθ
(25)
Los parámetros R y X están en función de la longitud del conductor, siendo:
r = Resistencia (ohm/unidad de longitud)
x = Reactancia (ohm/unidad de longitud)
R = r⋅L
(26)
X = x⋅L
(27)
Combinando las ecuaciones de resistencia y reactancia con la obtenida anteriormente de
caída de tensión se obtiene:
ΔV = I ⋅ L ⋅ (r ⋅ cos θ + x ⋅ senθ )
(28)
Introduciendo una nueva variable M, donde:
M = (r ⋅ cos θ + x ⋅ senθ )
(29)
Expresando ΔV en porcentaje de tensión de la fuente Vo:
ΔV % = Vo ⋅ I ⋅ L ⋅
M
⋅100
2
Vo
Utilizando los conceptos de kVA y kV, lo anterior se convierte en:
(30)
129
ΔV % =
kVA
⋅ L ⋅ (r ⋅ cos θ + x ⋅ senθ )
10 ⋅ kV 2
(31)
Según el Código Eléctrico Nacional en el artículo 210.19 (A) se recomienda que la
máxima caída de tensión en el conductor no supere el 5% desde el alimentador hasta la salida
más alejada, de los cuales un 3% está permitido para los circuitos derivados de fuerza o
iluminación, con el fin de proveer una eficiencia de funcionamiento razonable.
La caída de tensión por encima de los valores establecidos por el CEN, genera baja
tensión en la carga lo que implica un comportamiento en los equipos conectados no deseado.