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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

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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:  E m =

 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)

 

(5)

RCR = Razón de cavidad del cuarto hrc = Altura de la cavidad del cuarto

FCR =

5 ⋅ h fc ( L + W )  L ⋅ W 

FCR = Razón de cavidad del piso hf c = 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

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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 (Volt) De 0 a 2000 De 2001 a 8000 De 8001 a 15000 De 15001 a 28000 De 28001 a 35000

Calibre mínimo del conductor (AWG) 14 De Cobre 12 De aluminio o aluminio recubierto de cobre 8 2 1 1/0

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.

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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: F  R =

 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.

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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.

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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

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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

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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

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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

Clase I (Gases)

Clase II (Polvos)

Acetileno. Hidrógeno, Óxido de Etileno, Óxido de Propileno. Éter, Sulfuro de Hidrógeno. Metanol, Acetona, Bencina, Gasolina,  Naphta.

E F

Polvos metálicos (todos los metales). Polvos carboreos: carbón, asfalto, etc. Polvos no conductores: grano, medicinas, G  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.

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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.

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Tabla VII. Clasificación de Máxima Temperatura de Superficie. [Tabla 500.8(B) - CEN] Temperatura Máxima °C 450 300 280 260 230 215 200 180 165 160 135 120 100 85

Clase de Temperatura (Código T) 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;

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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:

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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 Con Gas Incandescentes 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].

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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:

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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.

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- 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 Iluminancia Media en Servicio (LUX) Zonas Generales de Edificios Mínimo Recomendado Zona de Circulación, Pasillos 50 100 Escaleras, Roperos, Lavabos, Almacenes y Archivos 100 150 Oficinas Oficinas Normales, Mecanografiado, Salas de Proceso de Datos, Salas de Conferencias. 450 500 Grandes Oficinas, Salas de Delineación, CAD / CAM / CAE 500 750 Industrial (En General) Trabajos con Requerimientos Visuales Limitados 200 300 Trabajos con Requerimientos Visuales Normales 500 750 Trabajos con Requerimientos Visuales Especiales 1.000 1.500 Tareas y Clases de Local

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.

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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 Potencia total lámpara (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:  I  L =

S 3φ 

3 ⋅ V  L

 

(9)

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 Equipo (ID)

Datos del conductor Tipo Aislamiento Cu / Al TW / THW

Datos del equipo Volt Potencia Corriente (V) (kW) nom. (A)

Corriente de diseño Calibre (A)

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 Corriente de Equipo (ID) 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 =

 I d  ⋅ 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 Equipo (ID)

Conductor de las fases y neutro 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] Capacidad nominal o ajuste máximo del dispositivo automático de sobrecorriente ubicado antes del equipo, tubería, etc. No mayor de (Amperios) 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

Calibre del conductor de puesta a tierra Alambre de aluminio Alambre de cobre o recubrimiento de  N° cobre N° 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.

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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 Nombre tubería del circuito

Aislamiento del conductor

Calibre del Nº de Distancia Diámetro de la conductor conductores (m) 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

 I  p =

 I d  +  I c

2

 

(11)

en donde, I p = 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. I N 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 TABL ERO

PROYECTO FECHA

PLANTA INDUSTRIAL

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

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

│ │ *

│ │

*

│ │

│

*

SUB-TOTAL KVA 20% TOTAL KVA

 ALIMENTADOR

 AMPERIOS METROS  A.m CAP. CARGA CAÍDA TENSIÓN

*

FACTOR DEMANDA

 ALUMBRADO T/C USO GEN  A/A OTROS RESERVA CI.

*

│ │

CALIBRE MAYOR IPROTECCIÓN I COMERCIAL

AMP

DEMANDA KVA

CAL

CARGA CONECTADA

KVA

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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

Tipo de conexión/ Capacidad Tipo de Instalación

1Φ

Estrella - PAT kVA

Exterior Estructura autosoportante

Tipo de aislamiento

Aceite

Poste

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  I r  =  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 22 Llenado

750 Lux

1300 lúmenes 4 c/u 17W

Coeficiente de Utilización

 Altura del local 2,40 % Reflectancia Pared 50

hfc

hrc

hcc

Largo

Ancho

0,85

1,55

0,00

7,80

5,60

pf

pc

pcc

pfc

CU

20

80

77

19

0,61

LLD2 0,95

LLF 0,76

Factores d e pérdida de luz

RSDD 0,97

LLD1 0,82

Cálculo

Iluminación individual / lámpara 5200,00

 Área (m2)

CU

LLF

43,68

0,61

0,76

Nlargo 4,42

Nancho real 3,00

Nlargo Real 4,00

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 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

Zona: Producción 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 Zona Oficinas PB Oficinas Nivel 1 Almacenes Laboratorios

Nº de luminarias 38 8 101 21 59 61 13 2

Potencia por Potencia total lámpara (W) 3 x 32 W 3.648 2 x 26 W 416 3 x 32 W 9.696 2 x 26 W 1.092 3 x 32 W 5.664 400 W 24.400 3 x 32 W 1.248 2 x 26 W 104

Producción

190

4 x 17 W

12.920

Mantenimiento

13 5

3 x 32 W 2 x 26 W

1.248 260

Servicios básicos

16

3 x 32 W

1.536

Servicios críticos

40

3 x 32 W

3.840

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

kVA Ilum = 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 Zona: Producción ID 12 Esclusa de Personal acceso a pesada y muestreo 13 Esclusa de Materia Prima I 14 Esclusa de Materia Prima II 15 Pesada y Muestreo 16 Esclusa de acceso de personal a Mezcla y formulación. 17 Área de Distribucion de Personal 18 Zona de Mezcla y Formulación. 19 Cuarto de lavado de Mezcla y Formulación. 20 Esclusa de acceso de Personal a Llenado 1 21 Esclusa de acceso de Personal a Llenado 2 22 Área de Llenado 23 Zona de Lavado y Preparación. 24 Esclusa de Materia Prima (III) Lavado y Preparación 25 Pasillo de almacen hacia Esclusa de Materia Prima (III) 26 Zona de Recepción de frascos hacia Autoclave 27 Zona de Autoclaves 28 Pasillo paralelo a Autoclaves 29 Zona de Recepción de Frascos desde Autoclaves 30 Zona de Inspección Visual y Etiquetado 31 Esclusa de Materia Prima (IV) Embalaje 32 Zona de Embalaje 33 Baños Damas - zona de cambio calle 34 Baños Damas - zona sanitarios 35 Baños Damas - zona de cambio 2 36 Baños Damas - lavamanos 37 Baños Damas - Esclusa de entrada a producción 38 Baños Caballeros - zona de cambio calle 39 Baños Caballeros - zona sanitarios 40 Baños Caballeros - zona de cambio 2 41 Baños Caballeros-Esclusa de entrada a producción 42 Baños Caballeros - lavamanos 43 Lavandería 44 Lava Mopas 45A Pasillo perimetral de circulación A 45B Pasillo perimetral de circulación B 45C Pasillo perimetral de circulación C 45D 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

Bomba 1

1

5 kW

Capacidad total en 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 Ubicación (ID)

Equipo

Mezcla (18) Mezcla (18) Llenado (22) Llenado (22) Llenado (22) Lavado (23) Autoclaves (27) Autoclaves (27) Etiquetado (30) Embalaje (32)

Datos del equipo

Corriente Corriente de diseño Calibre Tensión Potencia nominal (A) (V) (kW) Cu / (A) TW / THW Al

Tipo Aislamiento

Bomba 1 Cu Bomba 2 Cu Llenadora 1 Cu Llenadora 2 Cu Llenadora 3 Cu Autoclave 1 Cu Autoclave 2 Cu Autoclave 3 Cu Etiquetadora Cu Encajonadora Cu Termo Embalaje (32) Cu encogible Prod. Termin (10) Paletizadora Cu Lavado (23) Lavadora Cu Muestreo (15) Campana 1 Cu Muestreo (15) Campana 2 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

THW

480

20,00

26,73

33,41

8

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

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

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)

ΔV

(%)

Calibre

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 TABL ERO

TABLERO

UBICACIÓN TENSIÓN BARRAS DE COBRE

PLANTA INDUSTRIAL VENFARPA

PROYECTO FECHA

TSSF-PR18 PROD 18 3x277/480V

NHB

TIPO DE TABLERO

INTERRUPTOR PRINCIPAL

POLOS AMPERIOS TENSIÓN KA SIM. INTERRUPCIÓN

 ALIMENTADOR

FASES NEUTRO TIERRA

KVA

11,11

#6 #6 #8 CARGA CONECTADA

BOMBA 1

CAL

12

RESERVA RESERVA RESERVA

TIPO DE CARGA

R

S

 ALUMBRADO T/C USO GEN  A/A OTROS

KVA T

AMP

20

Nº

R

S

T

Nº

1 3 5 7 9 11

*

│

│ │

2 4 6 8 10 12

TOTAL

22,22 SUB-TOTAL KVA 20% TOTAL KVA

RESERVA CI.

│ │

*

│ │

*

│ │

*

*

│ │

│

*

AMP

CAL

CARGA CONECTADA

KVA

20

12

BOMBA 2

11,11

RESERVA RESERVA RESERVA

FACTOR DEMANDA

DEMANDA

1,00

22,22 22,22 4,44 26,67

KVA

 ALIMENTADOR

 AMPERIOS METROS  A.m CAP. CARGA CAÍDA TENSIÓN

30,07 40 1202,81 #8 #6

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 = 31,41kA RMSsimétricos   3 ⋅ 480V  ⋅ 0,0575

(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 d el 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

*

Carga unitaria por metro cuadrado (en Voltampere)

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

Estacionamientos comerciales

5

Hospitales

20

En cualquiera de los locales anteriores excepto en viviendas unifamiliares y unidades individuales de vivienda  bifamiliares y multifamiliares, se aplicará lo siguiente:

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 Distri bución tip o 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 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4

Tamaño comercial 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4

Diam. Interno 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. 40% 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 Área Total 2 Cond. Más de 2 31% Cond. 100% 2 40% 2 9,7 74 23 29

Diam. Interno

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% 103 182 295 511 696 1147 2003 3024 3947 5044

1 Cond. 53% 39 108 181 279 436 634 1117 1678 2416 3289 4296

Diam. Interno

Tubería No Metálica Eléctrica Área Total 2 Cond. Más de 2 100% 31% Cond. 40%

14,2 19,3 25,4 34,0 39,8 51,3 -

Diam. Interno 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% -

1 Cond. 53%

1 Cond. 53% -

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 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2

Tamaño comercial 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*) Diam. Área Total 2 Cond. Más de 2 1 Cond. 31% 53% Interno 100% Cond. 2 40% 2 2 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 100% 31% Cond. 40% 2 2 2

Tubo metálico Flexible Hermético a los Líquidos

Tubo Metálico Rígido

Diam. Interno 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% 123 202 349 562 985 1276 2093 3147 4822 6278 8188 -

2 Cond. 31% 38 62 108 174 305 396 649 976 1494 1946 2538 -

Más de 2 Cond. 40% 49 80 139 225 394 511 837 1259 1929 2511 3275 -

1 Cond. 53% 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

Diam. Interno

Área Total 100%

2 Cond. 31%

-

-

-

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

49 80 138 220 387 520 861

Más de 2 1 Cond. 53% Cond. 40% 2 -

62 109 177 305 414 681 972 1500 2001 2576 4042 5831

65 106 182 291 513 689 1142

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 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 5 6

Diam. Interno

Área Total 100%

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%

140 263 443 798 1103 1854 2657 4158 5605 7263 11519 16514

Más de 2 Cond. 40%

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%

56 105 177 319 441 741 1062 1662 2241 2905 4607 6605

Diam. Interno

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% 183 327 536 937 1281 2123 3029 4689 6281 8099 12749 18430

Tubo de PVC, Tipo A Tamaño comercial 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 5 6

Diam. Interno 17,8 23,1 29,8 38,1 43,7 54,7 66,9 82,0 93,7 106,6 -

Área Total 100%

2 Cond. 31%

248 419 699 1140 1499 2352 3518 5286 6899 8853 -

Más de 2 1 Cond. 53% Cond. 40% 2

56 101 166 290 397 658 938 1453 1947 2510 3952 5713

73 130 214 374 512 849 1211 1875 2512 3239 5099 7372

97 173 284 496 678 1125 1605 2485 3329 4292 6756 9768

Tubo de PVC, Tipo EB

Más de 2 Cond. 40%

76 130 216 353 464 729 1090 1638 2138 2744 -

2 Cond. 31%

1 Cond. 53%

99 167 280 456 599 941 1407 2117 2759 3541 -

131 222 370 604 794 1247 1864 2801 3656 4692 -

Diam. Interno

Área Total 100%

2 Cond. 31%

-

-

-

56,4 -

2499 -

84,8 96,6 108,9 135,0 160,9

5618 7332 9321 14319 20341

Más de 2 1 Cond. 53% Cond. 40% 2 -

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 cm ² 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 .... .... .... .... .... .... .... .... .... 20* 20* 25* 25 30* 35* 30 40 45

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 1,08 1,05 1,04 1,08 1,05 1,04 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,91 0,94 0,96 0,91 0,94 0,96 0,82 0,88 0,91 0,82 0,88 0,91 0,82 0,87 0,71 0,82 0,87 0,71 0,58 0,75 0,82 0,58 0,75 0,82 0,41 0,67 0,76 0,41 0,67 0,76 0,58 0,71 .... 0,58 0,71 .... 0,33 0,58 .... 0,33 0,58 .... .... .... 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 Calibre Diámetro aprox. mm Sección aprox. mm² 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

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 Zona

  n    ó    i   c   c   u    d   o   r    P

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) Zona

   d   a    d    i    l   a    C   e    d    l   o   r    t   n   o    C    B    P   s   a   e   r     Á   s   a   r    t    O   s   e   n   e   c   a   m    l    A

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) Zona

   1    l   e   v    i    N

   B    S

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: F  D =

 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: F c =

en donde,

 ∫ P ⋅ dt  T  ⋅ P M 

(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: F  Div =

∑ D

 Máxi

 D Máxt 

 

(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: F Sim =

1 F  Div

 

(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: F U  =

 D Máx C S 

 

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: 1 F Per  =

T 

T 

⋅ ∫ i 2 (t ) ⋅ dt  0

 I 2

 

(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  = V o − V c  

(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

V o =

(V c +  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  = V o − V c =  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 % = V o ⋅ I  ⋅ L ⋅

 M  V o

2

 ⋅ 100  

Utilizando los conceptos de kVA y kV, lo anterior se convierte en:

(30)