Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTUTLAN INSTALACION ELECTRICA DEL ESCENARIO DE UN CENTRO DE ESPECTACULOS TESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA NOMBRE DEL ASESOR: M. en A.I. Pedro Guzmàn Tinajero NOMBRE DEL TESISTA: M. Carolina Mejia Huerta 2006 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. “Una persona puede ser tan grande como quiera ser, basta en creer en si mismo y tener el coraje, la determinación, la de dedicación, la iniciativa de competencia, estar dispuesto al sacrificio de las pequeñas cosas de la vida y pagar el precio por las cosas que valen la pena” VINCENT THOMAS LOMBARDI Esta tesis esta dedicada a mi Abuelo Adolfo Huerta, gracias por acompañarme en cada paso de mi vida y tener siempre la confianza en mi y mis anhelos, te quiero y te extraño. A MI MADRE Con profundo amor y agradecimiento por apoyarme en todos los logros de mi vida, éste es una más que agradezco compartas conmigo y te llene de satisfacción tanto como a mi, lo logramos Ma, Te Amo. A MI ABUELA Con gran respeto y admiración por guiarme y aconsejarme que después de la vida, el mejor regalo es la educación. Te Adoro Abue. A MIS TIAS Y TIOS Armando Huerta, Aida Huerta, Elsa Huerta y Adolfo Huerta, por brindarme su apoyo incondicional y la confianza para culminar mis estudios. A MIS PRIMOS Jared, Mauricio, Victor y Elizabeth, por el amor que siempre me demuestran y la alegría que me provocan al verlos. A MIS HERMANAS Y HERMANOS Judith Martínez, Anayanci Hernández, Aide Castro, Oscar Cárdenas, Iván Hernández y Carlos Mejia, por el cariño que siempre me han demostrado y por los grandes momentos que hemos pasado, gran parte de este logro es gracias a su apoyo. La vida otorga regalos que solo se dan una vez, no pudo darme uno mejor que ponerlos en mi camino y que sean mis hermanos, los quiero endemasia. A LA UNIVERSIDAD Por la oportunidad de ser parte de esta gran institución, “Por mi raza hablará el espíritu”. A MIS PROFESORES Por la confianza y enseñanza que me otorgaron a lo largo de mi carrera. A MIS AMIGOS Angel, Miguel, Ariel Javier, Galindo, Katy, Evelyn, Blanca, Eli, Abel, Manigûis, Orson, Radg, Kabah y todos los que participaron en este logro, gracias por los momentos gratos que pasamos. A LOS LEONES Berry, Barry, Fito 58, Bacteria, Chente, Agrícola, Fakir, Stockton, Bola, Negro y todos lo que son y seguirán siendo parte de este gran equipo, gracias por los momentos tan agradables dentro y fuera del campo. AL CLUB COBRAS Por el cariño y la confianza que han tenido en todas mis satisfacciones personales. Una mención especial para dos amigos que se nos adelantaron en el camino, Yunuen Cano y Miguel Angel Segovia, en paz descansen. Indice de Contenido Introducción 1 Objetivo 1 CAPITULO I CONCEPTOS BASICOS Tema 1. Campo eléctrico 3 Tema 2. Carga eléctrica 4 Tema 3. Corriente eléctrica 4 Tema 4. Resistencia 5 Tema 5. Ley de OHM 6 Tema 6. Ley de JOULE 7 Tema 7. Potencia eléctrica 7 Tema 8. Clases de corriente eléctrica 9 CAPITULO II INSTALACIONES ELÉCTRICAS Tema 1. Instalaciones eléctricas 11 Tema 2. Clasificación de instalaciones eléctricas 14 Tema 3. Conductores 16 Tema 4. Calibre de conductores 18 Tema 5. Materiales aislantes y cables 20 Tema 6. Canalizaciones 23 Tema 7. Ductos 27 Tema 8. Protecciones 29 Tema 9. Tipos de protección 30 Tema 10. Fusibles 33 Tema 11. Conexión a tierra 34 CAPITULO III SELECCIÓN DE CONDUCTORES Tema 1. Selección de conductores 37 Tema 2. Fórmulas para el cálculo de conductores 41 Tema 3. Reflexión sobre la disminución de costos Vs seguridad eléctrica 43 CAPITULO IV PROYECTO DE TESIS Tema 1. Proyecto 46 Tema 2. Cálculos del proyecto 46 Tema 3. Circuitos derivados 47 Tema 4. Contactos 49 Tema 5. Cálculos para los ductos 51 Tema 6. Desarrollo del proyecto 53 Tema 7. Plano del escenario 54 Tema 8. Plano del área de control 55 Conclusiones 56 Referencias bibliográficas 57 INTRODUCCIÓN La electricidad no tuvo sus inicios tan sencillamente, pues según lo que conocemos hoy en día, el primer conocimiento del término de electricidad proviene de la palabra “elektron” que en griego significa ámbar. En la vida cotidiana se ocupa diversos aparatos eléctricos tal como la plancha, la televisión, la radio, etc., pero quizá no se sabe como están aramdos tal como su funcionamiento. Las instalaciones eléctricas a grandes rasgos, son aquellas que permiten el transporte de la energía eléctrica así como su distribución a los diferentes aparatos que lo utilizan. OBJETIVO: Diseñar una instalación eléctrica que distribuya la energía a los equipos conectados de una manera segura y eficiente dentro del escenario de un centro de espectáculos. CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS Capitulo l CONCEPTOS BASICOS CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS EL CAMPO ELÉCTRICO Concepto de Campo Eléctrico El concepto campo surge ante la necesidad de explicar la forma de interacción entre cuerpos en ausencia de contacto físico y sin medios de sustentación para las posibles interacciones. Fig.1.1. Campo Eléctrico. Flujo del Campo Eléctrico El flujo es una propiedad de todos los campos vectoriales, es una superficie hipotética que puede ser abierta o cerrada. El flujo para un campo eléctrico se mide por medio del número de líneas de fuerza que atraviesan la superficie. Líneas de Fuerza Estas se utilizan para imaginar los campos eléctricos, más no los usaremos cuantitativamente. Las líneas de fuerza se dibujan de modo que la densidad en que están dibujadas sea directamente proporcional a la magnitud de la intensidad del campo. Fig. 1.2. Líneas de fuerza en una sección de una lámina. CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS CARGA ELÉCTRICA La carga eléctrica es una propiedad fundamental de algunas partículas sub-atómicas, que determina las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. Esto es demostrable con un simple experimento, el cual consta en frotar una barra de vidrio con seda y acercarla a otra barra de vidrio colgada de un hilo de seda, estas barras se repelerán. Por lo tanto se puede decir que las cargas iguales se repelen, mientras que las cargas diferentes se atraen. CORRIENTE ELÉCTRICA Al flujo de carga eléctrica a través de una barra o conductor se llama corriente eléctrica. Siempre que se mueven cargas eléctricas de igual signo se establece una corrienteeléctrica. Para definir la corriente de manera más precisa, suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de área A, como en la figura. Fig.1.3. Área de la sección transversal CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS RESISTENCIA Es la oposición o dificultad que ofrece un conductor al paso de la corriente. La unidad para medir esta magnitud es el ohmio. La resistencia R del conductor esta dada por: R = V I Fig. 1.4. Resistencia. El sistema para usar este código de colores es el siguiente: La primera banda de la resistencia indica el primer dígito significativo, la segunda banda indica el segundo dígito significativo, la tercera banda indica el número de ceros que se deben añadir a los dos dígitos anteriores para saber el valor de la resistencia, en la cuarta banda se indica el rango de tolerancia entre el cual puede oscilar el valor real de la resistencia. Ejemplo: Primer dígito: Amarillo = 4 Segundo dígito: Violeta = 7 Multiplicador: Rojo = 2 ceros Tolerancia: Dorado = 5 % Valor de la resistencia: 4700 con un 5 % de tolerancia. CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS Arreglos con resistencia a. en serie b. en paralelo a. Cuando diferentes elementos de un circuito se conectan en secuencia con una sola trayectoria para la corriente entre los puntos, se dice que están conectadas en serie R = R1 + R2 + R3 + .................. + Rn b. Cuando cada resistor proporciona una trayectoria alternativa entre los puntos decimos que están conectados en paralelo. 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + .................. + 1/Rn La inversa de la resistencia equivalente a una asociación en paralelo es igual a la suma de las inversas de las resistencias asociadas. LEY DE OHM Ohm descubrió que la cantidad de corriente que pasa por un circuito es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. En notación compacta: R = V / I Donde: V = Voltaje I = Corriente R = Resistencia CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS Así pues, para un circuito dado de resistencia constante, la corriente y el voltaje son proporcionales. Esto significa que si se duplica el voltaje, se duplica la corriente. Pero si se duplica la resistencia de un circuito, la corriente se reduce a la mitad. LEY DE JOULE Se puede describir el movimiento de los electrones en un conductor como una serie de movimientos acelerados, cada uno de los cuales termina con un choque contra alguna de las partículas fijas del conductor. Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, éste experimenta un aumento de temperatura. Este efecto se denomina “efecto Joule”, la cual enuncia que: "El calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente”. POTENCIA ELÉCTRICA Potencia. Es una magnitud física que representa la capacidad para realizar un trabajo. Con carácter general se puede enunciar que la potencia eléctrica de un circuito se corresponde con el producto de los valores de la tensión existente en sus extremos multiplicado por la intensidad de la corriente que lo recorre. La unidad empleada para su representación es el vatio y se representa por la letra P. P = I x V CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS Donde: P = Potencia eléctrica I = Corriente V = Voltaje Si el voltaje se expresa en volts y la corriente eléctrica en amperes, la potencia queda expresada en watts (W). CLASES DE CORRIENTE ELÉCTRICA Se conoce dos clases de corriente eléctrica: a. Corriente continua. ( D.C.o C.C.) b. Corriente alterna ( A.C.o C.A.) Corriente Directa. Implica un flujo de carga que fluye siempre en una sola dirección. Los electrones se mueven siempre en el circuito en la misma dirección: del borne negativo que los repele al borne positivo que los atrae. Aún si la corriente se mueve en pulsaciones irregulares, en tanto lo haga en una sola dirección es cd. CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS Corriente Alterna. Los electrones del circuito se desplazan primero en una dirección y luego en sentido opuesto, con un movimiento de vaivén en torno a posiciones relativamente fijas. Sistemas más empleados de la corriente alterna. Sistema monofásico. Se emplea una fase y un neutro. Sistema monofásico trifásico. Está compuesto por dos fases y un neutro. Sistema bifásico. Se emplean solamente dos fases Sistema trifásico. Esta formado por tres corrientes alterna monofásicas de igual frecuencia y valor eficaz, desfasadas entre si 120 grados. Capitulo ll Capitulo ll INSTALACIONES ELECTRICAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS Se le llama instalación eléctrica al conjunto de elementos que permiten transportar y distribuir la energía eléctrica desde el punto de suministro hasta los equipos que la utilizan. Entre estos elementos se incluyen: tableros, interruptores, transformadores, dispositivos sensores, dispositivos de control local o remoto, cables, conexiones, contactos, canalizaciones y soportes. Las instalaciones eléctricas pueden ser abiertas (conductores visibles), aparentes (en ductos o tubos), ocultas (dentro de paneles o falsos plafones), o ahogadas (en muros, techos o pisos). CONCEPTOS BÁSICOS PARA LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA Transformador: es un equipo que se utiliza para cambiar el voltaje de suministro al voltaje requerido. Conmutador: Es un tipo especial de interruptor que permite abrir o cerrar un circuito desde diversos puntos. Acometidas: Es la parte de la instalación comprendida entre la red general de distribución de la compañía suministradora y el arranque de la instalación del edificio, mediante la caja general del conjunto. Acometida general. Es la parte de la instalación eléctrica que va, desde la red de distribución de la empresa de energía eléctrica hasta el contador, ubicado en el predio del consumidor. En las acometidas generales no se permite derivaciones, ningún tipo de cajas de empalmes, debiéndose construir de tal manera que no se permitan otras conexiones antes del tablero de medida del contador. Acometida aérea. Cuando la línea de alimentación va por el aire, desde el poste de distribución hasta el soporte junto al cual se ubicara el tubo de la bajante que va al contador. La normativa reguladora viene especificada en el "Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión ", que se complementa con las normas particulares de las empresas suministradoras; tendrán generalmente poca potencia y su trayecto será reducido. Contadores: Es el aparato encargado de registrar el consumo de energía por el usuario. Tablero general. Es aquél que se coloca inmediatamente después del transformador y que contiene un interruptor general. Tablero de distribución o derivados. Estos tableros pueden tener un interruptor general, dependiendo de la distancia al tablero de donde se alimenta y del número de circuitos que alimente. Contienen una barra de cobre para el neutro y 1, 2 ó 3 barras conectadas a las fases respectivas. Circuito en serie: Un circuito en serie es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a travésde cada elemento sin división ni derivación. Circuito en Paralelo: En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos, por ejemplo las celdas de una batería, están dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos (+) se unen en un único conductor, y todos los negativos (-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una derivación paralela. Cortocircuito: Se llama cortocircuito a la unión de dos puntos, entre los cuales hay una tensión eléctrica por un conductor prácticamente sin resistencia; lo que origina, según la ley de Ohm, una intensidad de valor muy elevado. A partir del elemento productor (alternador, generador), se modificaran las características de la corriente eléctrica para poder transportarla en las mejores condiciones (transformador), hasta los puntos de consumo. Los elementos propios de una instalación domestica son: OBJETIVO DE UNA INSTALACIÓN Una instalación eléctrica debe distribuir energía eléctrica a los equipos conectados de una manera segura y eficiente. Además de ser económica, flexible y de fácil acceso. Seguridad Una instalación eléctrica segura es aquella que no representa riesgos para los usuarios ni para los equipos que alimenta o que están cerca. Existen muchos elementos que pueden utilizarse para proteger a las personas que trabajan cerca de una instalación eléctrica, entre otros: la conexión a tierra de todas las partes metálicas que están accesibles, la inclusión de mecanismos que impidan que la puerta de un tablero pueda abrirse mientras esté se encuentre energizado, la colocación de tarimas de madera y hule en los lugares donde operen interruptores y, en general elementos que impidan el paso (letreros, candados, alambradas, etc.). En relación con la seguridad de los equipos, debe hacerse un análisis técnico- económico para determinar la inversión de protecciones para cada equipo. Por ejemplo, para un equipo que represente una parte importante de la instalación y que sea muy costoso no deberá limitarse la inversión en protecciones. Eficiencia. El diseño de una instalación debe hacerse cuidadosamente para evitar consumos innecesarios, ya sea por pérdidas en los elementos que la constituyen o por la imposibilidad para desconectar equipos o secciones de alumbrado mientras estos no se estén utilizando. Economía. Los proyectos de ingeniería tienen que considerar las implicaciones económicas. Esto quiere decir que el ingeniero, frente a cualquier proyecto, debe pensar en su realización con la menor inversión posible. Hipotéticamente hablando, la mejor solución a un problema de instalaciones eléctricas debería ser única la ideal. En la realidad el ingeniero proyectista requiere habilidad y tiempo para acercarse a esa solución ideal. Pero las horas / hombre dedicadas al proyecto son parte importante del costo, por lo que tampoco es recomendable dedicar demasiado tiempo a resolver problemas sencillos. Flexibilidad. Se entiende por instalación flexible aquélla que puede adaptarse a pequeños cambios. Por ejemplo, una instalación aparente en tubos metálicos o charolas es mucho más flexible que una instalación ahogada en piso. Accesibilidad Una instalación bien diseñada debe tener las previsiones necesarias para permitir el acceso a todas aquellas partes que pueden requerir mantenimiento. Por ejemplo, espacios para montar y desmontar los equipos grandes y pasillos en la parte posterior de los tableros, entre otros. También se entiende por accesibilidad el que se cuente con todos los elementos que permitan entender el diseño de la instalación, es decir, la especificación completa y todos los planos y diagramas necesarios. CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS Las instalaciones eléctricas se clasifican de diferentes formas. A continuación se detallan las relativas al ambiente del lugar de la instalación, aunque podrían señalarse otras por su duración (temporales o definitivas), por su construcción (abierta, aparente Y oculta). Nivel de voltaje. De acuerdo con el nivel de voltaje se pueden tener los siguientes tipos de instalación: a. Instalaciones no peligrosas. Cuando su voltaje es igualo menor que 12 Volts. b. Instalaciones de baja tensión. Cuando el voltaje con respecto a tierra no excede 750 Volts. c. Instalación de mediana tensión. Aunque no existen limites precisos podría considerarse su rango entre 1000 y 15000 Volts. d. Instalaciones de alta tensión. Cuando los voltajes son superiores a los mencionados anteriormente. Lugar de instalación. Las instalaciones eléctricas también pueden clasificarse en normales y especiales, según el lugar donde se ubiquen. a. Las instalaciones normales pueden ser interiores o exteriores. Las que están a la intemperie deben tener los accesorios necesarios (cubiertas, empaques y sellos) para evitar la penetración del agua de lluvia aún en condiciones de tormenta. b. Se consideran instalaciones especiales aquéllas que se encuentran en áreas con ambiente peligroso, excesivamente húmedo o con grandes cantidades de polvo no combustible. Códigos y Normas El diseño de instalaciones eléctricas debe hacerse dentro de un marco legal. Un buen proyecto de ingeniería es una respuesta técnica y económicamente adecuada, que respeta los requerimientos de las normas y códigos aplicables. En México las NTIE (Normas Técnicas para Instalaciones Eléctricas, 1981), editadas por la Dirección General de Normas, constituyen el marco legal para el proyecto y construcción de instalaciones. Estas normas son generales y no pueden cubrir todo. En ciertos tipos de instalaciones pueden establecerse especificaciones que aumenten la seguridad o la vida de los equipos y que estén por arriba de las normas. Existen otras normas, que no son obligatorias pero que son el resultado de experiencia acumulada y que por lo tanto pueden servir de apoyo a los proyectistas en aspectos específicos no cubiertos por las NTIE (1981): a. El NEC (National Electrical Code ó Código Nacional Eléctrico de Estados Unidos de Norteamérica) que por ser una norma más detallada puede ser muy útil en algunas aplicaciones específicas. b. El LPC (Lightning Protection Code ó Código de Protecciones Contra Descargas Atmosféricas de los Estados Unidos de Norteamérica). Los proyectistas mexicanos se apoyan mucho en este código debido a que las NTIE tratan el tema con muy poca profundidad. c. En México todo el equipo eléctrico debe cumplir las normas CCONNIE (Comité Consultivo Nacional de Normalización de la Industria Eléctrica). Vida de una instalación eléctrica. Es fácil entender que la vida de una instalación es el tiempo que transcurre desde su construcción hasta que se vuelve inservible; conocer esta información es muy útil porque permite saber cuánto dura la inversión. Sin embargo, es complejo precisar la vida de una instalación ya que influyen muchos factores. Entre otros están: el proyecto, la ejecución, las condiciones de uso, el mantenimiento y el medio ambiente. Mantenimiento de una instalación eléctrica. Se puede decir que las instalaciones sencillas prácticamente no lo requieren mientras no haya modificaciones o mal trato. En aquellas instalaciones donde sí se requiere consiste, básicamente en limpieza, renovación de pintura, apriete de uniones, ajuste de contactos, y revisión de los elementos de protección. Medio ambiente. El medio ambiente donde se encuentra una instalación tiene una influencia importante en la vida de ésta. Las condiciones de humedad, salinidad, y contaminación deben ser consideradas en el proyecto. CONDUCTORES. Son materiales, en forma de hilo sólido o cable a través de los cuales se desplaza con facilidad la corriente eléctrica. Los conductores empleados normalmente son de cobre (los hay también en aluminio)y deben tener muy buena resistencia eléctrica, ser mecánicamente fuertes y flexibles y llevar un aislamiento adecuado al uso que se les va a dar. En los materiales conductores las cargas pueden moverse libremente a través del material, mientras en los aisladores no. Pero a pesar de la cualidad de los aisladores, no existe un aislador perfecto. Conductores eléctricos. En cualquier instalación eléctrica, los elementos que conducen la corriente eléctrica de la fuente a la carga o que interconectan a los elementos de control, son los conductores eléctricos. Por otra parte, por razones de protección de los propios conductores y de seguridad, normalmente estos conductores se encuentran instalados dentro de canalizaciones eléctricas de distinta naturaleza y cuya aplicación depende del tipo de instalación eléctrica que se trate. Clases de conductores. En instalaciones residenciales normalmente se emplean los siguientes tipos de conductores: a. Alambres: conductores que están formados por un hilo sólido. b. Cables: conductores fabricados con varios alambres o hilos más delgados, con la finalidad de darle mayor flexibilidad. c. Cable paralelo o dúplex: se encuentran unidos por sus aislamientos, o bien se encuentran trenzados. d. Cable encauchetado: conductores de dos o más cables independientes y convenientemente aislados. Tipos de aislamiento en los conductores. El aislamiento esta hecho de materiales plásticos, aunque para sus usos especiales existen otros aislamientos como el asbesto o silicona con la finalidad de evitar cortos circuitos. Los tipos de aislamiento más comunes son: a. T: AISLAMIENTO PLÁSTICO (TERMOPLÁSTICO). b. TW: AISLAMIENTO RESISTENTE A LA HUMEDAD. c. TH: AISLAMIENTO RESISTENTE AL CALOR. d. THW: AISLAMIENTO RESISTENTE AL CALOR Y A LA HUMEDAD. Para instalaciones eléctricas los conductores se fabrican de sección circular de material sólido o como cables dependiendo de la cantidad de corriente por conducir y su utilización, aunque en algunos casos se fabrican de secciones rectangulares o tubulares para altas corrientes. Desde el punto de vista de las normas, los conductores se han identificado como el calibre y que normalmente se sigue el sistema americano de designación AWG (American Wire Gage) siendo el más grueso el número 4/0 ó 0000, siguiendo en orden descendente del área del conductor los números 3/0 ó 000, 2/0 ó OO. 1/0 ó O, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, Y 20 que es el más delgado usado en instalaciones eléctricas. Cada tipo de conductor tiene propiedades específicas que lo diferencian de otro, pero en general, en la selección de un conductor deben considerarse los agentes que lo afectan durante su operación y que se pueden agrupar como: a. Agentes Mecánicos: Como son el desempaque y el manejo de instalación que pueden afectar las características del conductor produciéndose fallas de operación. b. Agentes Químicos: Estos dependen de los contaminantes que se encuentran en el lugar de la instalación. Se manifiestan como una disminución en el espesor y agrietamiento del aislamiento. Los elementos más comunes que causan estos efectos son: Agua o humedad, hidrocarburos y ácidos c. Agentes Eléctricos: Se toma en cuenta principalmente la rigidez dieléctrica del aislamiento, refiriéndose a la capacidad que tiene para soportar sobrecargas transitorias e impulsos de corriente provocados por cortocircuito. CALIBRE DE LOS CONDUCTORES. Es la sección transversal que tiene los conductores. La forma más común de dar a conocer los diferentes calibres, según la AWG, es mediante un número, los números mas altos hacen referencia a los calibres más delgados, y los números mas bajos, a los calibres mas gruesos. La siguiente tabla nos muestra los conductores mas utilizados en instalaciones residenciales: NoAWG DIÁMETRO mm SECCIÓN mm TIPO DE CONDUCTOR 14 1.63 2.09 SÓLIDO 12 2.05 3.30 SÓLIDO 10 2.59 5.27 SÓLIDO 8 3.26 8.35 SÓLIDO 6 4.67 13.27 CABLE 4 5.89 21.00 CABLE 2 7.42 34.00 CABLE 1/0 9.47 53.00 CABLE 2/0 10.62 67.00 CABLE 3/0 11.94 85.00 CABLE Fuente:Viqueira1 Tabla 2.1. Conductores Residenciales 1 Tomado del libro del Autor Jacinto Viqueira Landa “Redes Eléctricas” El calibre de los conductores tiene que estar sometido a ciertas condiciones de uso como la cantidad de corriente que puedan transportar. Para esto se tiene en cuenta la siguiente tabla: CALIBRE CAPACIDAD EN AMPERIOS 14 20 12 25 10 40 8 55 6 80 4 105 2 140 1/0 195 2/0 225 3/0 250 Fuente: Viqueira2 Tabla 2.2. Calibre y capacidad del Conductor 2 Tomado del Libro del Autor Jacinto Viqueira Landa “Redes Eléctricas” MATERIALES AISLANTES Y CABLES Materiales aislantes Un material aislante puede definirse como un material que posee una resistencia relativamente alta al paso de una corriente eléctrica. Los materiales aislantes se utilizan como forros de conductores, cintas de aislar, soportes de varias clases y tipos, cubiertas protectoras y barnices. Cables Los cables eléctricos cubren un campo muy amplio, que va desde los cables pequeños de bajo voltaje, en uno, dos o tres conductores, a cables de alto voltaje, llenos en aceite o con gas a presión; desde los cables flexibles con limitada capacidad de corriente a los cables de transmisión de alta corriente, con forro de hule para aplicaciones industriales. Un cable puede definirse como un tramo de conductor aislado simple (sólido o trenzado) o dos o más de estos conductores, cada uno con su propio aislamiento, que se encuentran mecánicamente unidos. Puede tener, además, una cubierta mecánica protectora. Los cables más comunes son: a. Cables aislados con hule, P.V.C. o polietileno . b. Cables aislados con papel impregnado. c. Cables aislados con cinta cambric y cubierta de plomo. d. Cables aislados con tela cambric barnizada sin cubierta de plomo, en longitudes cortas, sólo para ciertas conexiones. e. Cables con blindaje metálico y aislamiento mineral. f. Cables de A.T. para lámparas eléctricas de descarga. Conductores para los cables Los conductores en los tipos anteriores de cables son invariablemente de cobre, si el área transversal es mayor que 0.97 mm2 (0.0015 pulgadas cuadradas), deben ser trenzados. Además no puede usarse un conductor que tenga un área transversal menor que 0.97 mm2 para alambrado fijo. (a) Circular (b) En forma de D (c) Pectoral (d) El paso del cable Fig. 2.1. Formas típicas de conductores usados en la manufactura de cables. Cables con cubierta de plomo. Por muchos años se ha empleado cables con cubierta de plomo, en muchos casos de trabajo de instalación eléctrica, aun cuando es débil desde el punto de vista de resistencia mecánica. Tiene la gran ventaja de que la cubierta de plomo da protección contra la absorción de humedad; protección mecánica suficiente, en muchas situaciones, para permitir alambrado de superficie sin la protección adicional del conduit o cubiertas. Esto reduce la cantidad de trabajo necesaria en la instalación y también hace menos visible un alambrado superficial .El cable de dos y tres conductores puede obtenerse con o sin alambre continuo de tierra. Fig. 2.2. Cables típicos con cubierta de plomo. El cable armado puede tener una trenza encerada a prueba de agua, sobre los alambres de armado. Un cable superior al descrito, es el cable con cubierta de plomo y aislamiento de papel, en vez de hule vulcanizado Este cable requiere sellos especiales pero ofrece una mayor capacidad de transporte de corriente. Fig. 2.3.Cable típico, armado y cubierto de plomo. Cables de cloruro de polivinilo. El cloruro de polivinilo se ha convertido en un aislamiento de cables bien conocido y puede usarse con seguridad en la mayor parte de las aplicaciones normalmente efectuadas con hule vulcanizado. Particularmente, es adecuado para usarse en situaciones en que puede encontrarse aceite. Además, tiene ventajas en el aspecto de riesgos de incendio, ya que es difícil su ignición y, si el agente que produce la ignición se retira, el material deja de quemarse. El P.V.C. resiste también con éxito el daño de los ácidos, álcalis, radiación ultravioleta y ozono. Debe evitarse su uso, cuando se prevén extremos de temperatura, ya que a altas temperaturas el P.V.C., siendo un termoplástico, se ablanda y fluye. A temperaturas muy bajas, se vuelve quebradizo. La resistencia dieléctrica del P.V.C. es del mismo orden del hule vulcanizado, pero su resistencia de aislamiento es inferior. Determinación del cable adecuado. Además de decidir el tipo de aislamiento, es igualmente necesario determinar el área transversal del conductor, ya que el área, con respecto a la corriente, influirá en: a. Elevación de la temperatura del conductor y, por lo tanto, posibilidad de daño al aislamiento, por sobrecalentamiento. b. Caída de voltaje en el cable. CANALIZACIONES Cuando hablamos de canalizaciones nos referimos a los dispositivos que se emplean en las instalaciones eléctricas para contener a los conductores de manera que queden protegidos contra deterioro mecánico y contaminación, además de que protejan a las instalaciones contra incendios por arcos eléctricos que se presentan en condiciones de cortocircuito. Fig. 2.4. Cable - Canales TIPOS DE CANALIZACIONES Los medios de canalización más comúnes son: a. Tubo conduit. b. Ductos cuadrados. c. Charolas. Tubo conduit. El tubo conduit es un tipo de tubo que puede ser de plástico o metálico, usado para contener y proteger los conductores eléctricos usados en las instalaciones eléctricas. Los tubos conduit metálicos pueden ser de aluminio, acero o de aleaciones especiales. Tubo conduit pared gruesa. Se encuentran en el mercado en forma galvanizada o con recubrimiento negro esmaltado, se usan como conectores en este tipo de tubos los llamados copies y niples (corto y largo). Se fabrican en secciones circulares con diámetros que van de 13 mm. (1/2 pulg.) a 152.4 mm. (6 pulg.). La superficie interior en estos tubos como en cualquiera de los otros tipos debe ser lisa para evitar danos al aislamiento o a la cubierta de los conductores. Tubo conduit pared delgada. Se le conoce también como tubo metálico ligero, su uso es permitido en instalaciones ocultas o visibles, en lugares de ambiente seco no expuestos a humedad o ambiente corrosivo. No se recomienda su instalación en lugares clasificados como peligrosos ni debe usarse directamente enterrado o en lugares húmedos o mojados. El diámetro máximo recomendable para estos tubos es de 51 mm. (2 pulg) y debido a que son de pared delgada, no debe hacerse roscado para atornillarse a cajas de conexión u otros accesorios, sino que se unen por medio de accesorios de unión especiales. . Tubo conduit de plástico rígido (PVC verde). Este tubo cae dentro de la clasificación de los tubos conduit no metálicos, el tubo PVC es la designación comercial que se le da al tubo rígido de policloruro de vinilo. El tubo rígido de PVC debe ser autoextinguible, resistente al aplastamiento, a la humedad y a ciertos agentes químicos. Se puede usar en instalaciones ocultas, visibles (donde el tubo no esté expuesto a daño mecánico), en locales húmedos directamente enterrados, etc. El tubo rígido PVC no debe ser usado bajo las siguientes condiciones: a. En locales o áreas que estén considerados como peligrosos. b. Para soportar luminarias u otros equipos. c. En lugares en donde la temperatura del medio ambiente más la producida por los conductores exceda a 70°C. Charolas. Se trata de lamina de acero en forma de "U" que sirve para colocar en tramos apropiados, barrotes para el sostén de los conductores. Se pueden distinguir tres tipos de charolas que son: a. Las charolas prefabricadas normales cuya construcción es ligera y pueden utilizarse para su colocación en pisos. b. Las charolas prefabricadas reforzadas, que se emplean para soportar el peso de cables y a la vez el peso del montador para su colocación. c. Las charolas para tramos ascendentes, éstas deben ser atornilladas en la obra pues el fabricante las entrega con todos los accesorios para ser montadas a las distancias adecuadas. Cajas. El uso de las cajas depende de lo que se valla a conectar, por ejemplo, si se trata de un aboca de techo, de donde penderá o a donde se fijará un artefacto luminoso, la caja será de tipo octagonal. Para las bocas de pared, destinadas a los artefactos de tipo aplique, también puede usarse una caja octagonal. En los lugares donde se colocará un tomacorriente o un interruptor, se coloca una caja rectangular. Fig. 2.5. Caja octagonal y su soporte. Fig. 2.6. Caja rectangular. Existen cajas para conduit que son de accesorios sólidos; es decir, sin cubiertas de inspección, se fabrica pero no debe de usarse. Fig. 2.7. Formas típicas de cajas para conduit. Fig.2.8. Interior de una caja de conexiones. También encontramos cajas para los tableros, estos pueden ser hechos de chapa o bien de material plástico. En ambos casos y en general se construyen en forma estándar. Fig. 2.9. Cajas para tableros. DUCTOS Los ductos son otro medio de canalización de conductores eléctricos que se usan sólo en las instalaciones eléctricas visibles debidos a que no se pueden montar embutidos en pared o dentro de lazos de concreto. Se fabrican canales de lámina de acero de sección cuadrada o rectangular con tapas atornilladas y su aplicación se encuentra en instalaciones industriales y laboratorios. Los conductores se llevan dentro de los ductos en forma similar al caso de los tubos conduit y se pueden usar para circuitos alimentadores y derivados. Los ductos ofrecen ventajas en comparación con los tubos conduit, por ejemplo, ofrecen mayor espacio para alojar conductores, se pueden tener circuitos múltiples ofreciendo, además, la ventaja de ser fácil de alambrar, teniéndose un mejor aprovechamiento de la capacidad conductiva de los conductores al tener mejor disipación de calor. En la siguiente tabla se muestra comparativamente la capacidad de conducción de corriente con respecto al tubo conduit. Fuente: Bratu 1 Tabla 2.3. Capacidad de Corriente de Conductores El empleo de ductos en las instalaciones industriales, de laboratorios, edificios de viviendas o de oficinas tiene las siguientes ventajas: a. Fácil de instalar b. Se surte en tramos de diferentes medidas lo que hace versátil su instalación. c. Se tiene facilidad para la instalación de conductores dentro del ducto, con la posibilidad de agregar más circuitos a las instalaciones ya existentes. d. Los ductos son 100% recuperables cuando se modifican las instalaciones. - Son fáciles de abrir y conectar derivaciones para alumbrado y fuerza. e. No se requiere de herramientas y facilitan la ampliación en las instalacio9nes eléctricas. PROTECCIONES. Un dispositivo de protección en su sentido más amplio es aquél que al presentarse una falla abre el circuito eléctrico. Para lograr esto se requiere desempeñar dos funciones: detectar la falla y ejecutar la interrupción. Hay diversos tipos de proteccionesde acuerdo a la instalación eléctrica que se desee proteger y a los componentes de la misma que, debido a su importancia, es necesario que estén bien protegidos contra sobrecargas y cortocircuitos provocados por fallas humanas o por casualidades, que pueden ser del tipo atmosférico o errores en la planta suministradora. SELECCIÓN. 1 Tomado del Libro del Autor Neagu Bratu Serbán “Instalaciones Eléctricas, Conceptos Básicos y Diseño” A continuación se describen las características de una protección eléctrica adecuada, las cuales son necesarias para soportar cambios de temperatura y vibraciones. El tener en cuenta estas consideraciones nos será de utilidad a la hora de hacer la selección de una protección dependiendo de nuestras necesidades. Confiabilidad. La confiabilidad es la característica más importante, ya que una protección debe ofrecer certidumbre de que operará siempre que se presenten las condiciones anormales para las que fue diseñada. Esta característica se cumple más fácilmente mientras más sencillos son los mecanismos que detectan e interrumpen la falla. Rapidez. Se desea que una protección opere inmediatamente después de que ocurre la falla; sin embargo, esto no es posible debido a que las señales eléctricas requieren de cierto tiempo para accionar mecanismos que a su vez tardan en desencadenar el efecto de protección deseado. De acuerdo con esto, se establecen los siguientes términos: operación instantánea (aquella que se caracteriza a una protección que no tiene retraso voluntario), y operación de tiempo definido que es la integra cierta variable en el tiempo Selectividad. La selectividad es una característica que se atribuye a un sistema de protección de conjunto. Si se supone un sistema eléctrico de configuración radial, cada rama que parte de la acometida tiene varios elementos de protección; el último es aquél que protege contra una falla en el equipo al final de esa rama. Una protección selectiva es aquella que, al ocurrir una falla en alguna rama de la instalación, opera para aislar la parte estrictamente necesaria de la rama donde ocurrió la falla. Es decir, opera la protección más cercana a la falla (del lado de la alimentación) conocida como la protección primaria. Economía. Un estudio técnico - económico de protecciones debe considerar la inversión necesaria para la instalación y operación del sistema contra el costo de reparación de los posibles daños asociados más el costo de interrupción del servicio. Entonces un sistema de protección será más sofisticado (caro) según el valor de los equipos que protege y la probabilidad de que se produzcan perjuicios. Calibración. La calibración de protecciones se basa en parámetros obtenidos en la práctica. Si un elemento de protección está calibrado a un valor demasiado sensible, los transitorios o situaciones pasajeras (que no afectan la instalación), pueden ocasionar una señal de disparo que provoque interrupciones en el servicio. Por otra parte, un elemento de protección mal calibrado o que se descalibra, es como si no existiera en la instalación. No es recomendable sustituir un elemento de protección por otro de mayor capacidad, ya que se representaría tanto como eliminar la protección contra sobrecargas. Se recomienda revisar el proyecto cuidadosamente y definir si la protección está bien calculada TIPOS DE PROTECCIÓN Existen una infinidad de protecciones para las instalaciones eléctricas, aunque las más importantes, además de las más comunes, nos referimos a los apartarrayos, interruptores y fusibles. Apartarrayos. El apartarrayos es un equipo de protección contra ondas de voltaje peligrosas que viajan por líneas de transmisión o distribución. Se coloca entre las líneas de distribución y los equipos que se desea proteger. Su conexión es entre fase y tierra. Interruptores. El interruptor es un dispositivo destinado al cierre y apertura de la continuidad de un circuito eléctrico bajo carga, en condiciones normales. Se entiende que puede abrir circuitos en condiciones de falla, es decir, corrientes más altas que las nominales. La operación del interruptor es simultánea entre sus fases y la señal de disparo puede surgir de diferentes dispositivos de protección. Los interruptores se clasifican de acuerdo con: a. Nivel de voltaje (alto, medio y bajo). b. Medio de extinción (aire, aceite, vacío o algún otro). c. Condiciones de instalación (interior, exterior, etc.). d. Tipo de accionamiento (eléctrico, neumático, mecánico y otros). Interruptor general. Es aquel que va colocado entre la acometida (después del equipo de medición) y el resto de la instalación. Debe ser de fácil acceso y operación, de tal forma que en caso de emergencia permita desenergizar la instalación rápidamente. Interruptor derivado. Es aquel que está colocado para proteger y desconectar alimentadores de circuitos que distribuyen la energía eléctrica a otras secciones de Ia instalación. Interruptor en aceite. Es un equipo voluminoso y costoso que por lo general se utiliza únicamente en sistemas de potencia para protección y maniobras de enlace. Interruptor en pequeño volumen de aceite. La extinción del arco se logra mediante la inyección de aceite, con la presión creada por la descomposición de moléculas de aceite en el mismo arco. Se acciona eléctricamente con una fuente de alimentación de bajo voltaje. Se usa como medio de protección y de conexión especialmente en voltajes medios (4160 Volts a 34 KVolts). Interruptor en aire para bajo voltaje. Compuesto de un contactor en aire, capaz de interrumpir corrientes de cortocircuito (opera a base de energía almacenada en resortes). Debido a su elevado costo no es común encontrarlo en instalaciones de tamaño pequeño y mediano. Fig. 2.10. Representación esquemática de un interruptor en aceite. Interruptor con fusibles. Este equipo aprovecha la alta capacidad interruptiva que tienen los fusibles. Se usa como medio de protección y desconexión en el primario de transformadores de instalaciones de mediana tensión (4160 Volts a 34 KVolts). Se componen de cuchillas desconectadoras operadas en grupo que están en serie con unos fusibles que son los que protegen contra cortocircuito. Las cuchillas tienen un sistema de resortes que pude ser accionado manualmente o con un motor eléctrico. Interruptor de tres vías o doble tiro. Este nombre se asigna a un interruptor tipo navaja de dos o tres posiciones, las cuales permiten tener dos alimentadores alternativos para una carga o desconectar cualquier alimentación. Se utiliza en la conexión y desconexión manual de plantas eléctricas de emergencia, para invertir la secuencia de fases en motores que pueden girar en ambos sentidos o en instalaciones que disponen de dos alimentadores. Interruptor termo magnético. Se utiliza con mucha frecuencia debido a que es un dispositivo de construcción compacta que puede realizar funciones de conexión o desconexión, protección contra cortocircuito y contra sobrecarga en instalaciones de baja tensión (hasta 600 Volts). Fig.2.11. Tipos de Interruptores También existen interruptores que se montan sobre la pared. Fig. 2.12. Módulos típicos de interruptores. FUSIBLES. Se puede decir que los fusibles son el elemento de protección más utilizado en las instalaciones eléctricas. En términos sencillos se trata de un conductor con una calibración precisa para fundirse cuando la corriente que circula por él pasade cierto límite. Los fusibles para baja tensión se construyen en diversas formas; los más comunes son los llamados tipo tapón y tipo cartucho. El fusible tapón es de potencias de cortocircuito bajas: se fabrica para corrientes nominales de hasta 30 A. El tipo cartucho está diseñado para potencias de cortocircuito mayores y para corrientes nominales de 30 hasta 400 A. Hay un tipo especial de fusibles, llamado retardado que dilata más tiempo en fundirse que otros de la misma capacidad. Los fusibles presentan las siguientes particularidades: a. Son de una sola operación, ya que después de haber interrumpido la falla debe reponerse el fusible completo o su elemento conductor. b. Son de operación individual ya que sólo interrumpen la corriente en la fase donde sucedió el cortocircuito o la sobrecarga. c. Tienen un tiempo de operación bastante corto, por lo que resulta difícil coordinarlos con otros dispositivos de protección. d. Tienen una potencia de cortocircuito superior a otras protecciones. e. Son bastante seguros y difícilmente operan sin causa. Fig.2.13. Tipos de Fusibles Las fallas en las instalaciones interiores domésticas y comerciales son, en su mayor parte, permanentes o prolongadas, por lo cual el fusible es el mejor y más económica medio de protección, mientras el número de fallas probables no llega a cierto punto. En cambio las fallas en las instalaciones industriales son, en gran parte momentáneas o fugaces, por lo cual el interruptor simplemente automático tiene una gran aceptación pero sin negar cabida al doblemente automático, en circunstancias muy particulares. Fig. 2.14. Fusible tipo tapón Fig. 2.15. Cartucho fusible CONEXIÓN A TIERRA ¿Qué es una conexión a tierra? Es un sistema que asegura que, ante cualquier falla de aislamiento, las partes metálicas de todo artefacto eléctrico descarguen la corriente eléctrica a tierra, sin afectar al usuario. La puesta a tierra consiste en una instalación conductora cuya estructura es de cobre. No depende de protección, ni de fusibles. Debe ser subterránea. La conexión a tierra se dispone en forma paralela a la instalación de alimentación, desde el tablero de distribución, hasta el último tomacorriente del lugar. Tierra o neutro en una instalación eléctrica. a. Tierra. Desde el punto de vista eléctrico, se considera que el globo terráqueo tiene un potencial de cero (o neutro); se utiliza como referencia y como sumidero de corrientes indeseables. Sin embargo, pueden suceder que por causas naturales o artificiales una zona terrestre tenga en forma temporal una carga eléctrica negativa o positiva con respecto a otra zona. b. Resistencia a Tierra. Este término se utiliza para referirse a la resistencia eléctrica que presenta el suelo de cierto lugar. El valor de la resistencia a tierra debe estar dentro de ciertos límites dependiendo del tipo de instalación. c. Toma de Tierra. Se entiende que un electrodo enterrado en el suelo con una terminal que permita unirlo a un conductor es una toma de tierra,. Este electrodo puede ser una barra o tubo de cobre, una varilla o tubo de fierro y en general cualquier estructura que éste en contacto con la tierra. d. Tierra Remota. Se le llama así a una toma de tierra lejana al punto que se esté considerando en ese momento. Su definición es útil ya que puede utilizarse como referencia en caso de que fluyan corrientes entre la instalación y esa toma de tierra. e. Sistema de Tierra. Se llama sistema de tierra a la red de conductores eléctricos unidos a una o más tomas de tierra y provistos de una o varias terminales a las que puedan conectarse puntos de la instalación. El sistema de tierra de una instalación se diseña en función de: el nivel de voltaje, la corriente de corto circuito, la superficie que ocupa la instalación, la probabilidad de explosión, la resistencia a tierra, la humedad y temperatura del suelo. f. Conexión a Tierra. La unión entre un conductor y el sistema de tierra es una conexión a tierra. g. Tierra Física. Se dice que un conductor se conecta a una tierra física cuando une sólidamente a un sistema de tierra, que a su vez esta directamente conectado a la toma de tierra. h. Neutro Aislado. Se denomina así al conductor de una instalación que está conectado a tierra a través de una impedancia (resistiva o inductiva). La función de esta impedancia es limitar la corriente de cortocircuito que circularía por el conductor. i. Neutro del Generador. Se le llama así al punto que sirve de referencia para los voltajes generados en cada fase. j. Neutro Flotante. Se le llama así al neutro de una instalación que no se conecta a tierra. Requisitos de un sistema de puesta a tierra: a. Garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos. b. Presentar mínima variación a la resistencia debida a cambios ambientales. c. Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas. d. Tener suficiente capacidad de conducción y disipación de corriente de falla. e. Evitar ruidos eléctricos. f. Ser resistente a la corrosión. Tener facilidad de mantenimiento. CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Capitulo lll SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS SELECCIÓN DE LOS CONDUCTORES. El calibre del conductor nos da una idea de la sección o diámetro del mismo y se designa usando el sistema AWG. A medida que el número asignado es más grande la sección es menor. Por medio de éste, se tiene una referencia para sus otras características como son diámetro, área, resistencia, etc. La equivalencia en mm2 del área se debe hacer en forma independiente de la designación usada por la AWG. En nuestro caso siempre se hará referencia a los conductores de cobre. Los conductores usados en las instalaciones eléctricas deben cumplir con ciertos requisitos para su aplicación como: a. Límite de tensión de aplicación, en el caso de instalaciones eléctricas residenciales es de 1000 Volts. b. Capacidad de conducción de corriente que representa la máxima corriente que puede conducir un conductor. c. Máxima caída de permisible de acuerdo con el calibre del conductor y la corriente que conducirá. Criterios para el Cálculo de los conductores. Para la aplicación de los criterios se requiere primero de la definición de la corriente que circula por cada uno de los conductores en condiciones de plena carga. Esto se hace de acuerdo con el procedimiento, en el que se supone el conocimiento de todos los equipos que serán conectados y que debe incluir alguna reserva para imprevistos. Por lo tanto una estimación cuidadosa de la carga es de gran importancia para lograr un cálculo confiable de la sección de los conductores. Los principales criterios que se deben considerar para la especificación del conductor son: capacidad de conducción de corriente para las condiciones de instalación, caída de voltaje permitido, capacidad para soportar la corriente de corto circuito y calibre mínimo permitido para aplicaciones específicas. CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Capacidad de conducción de Corriente. Los conductores eléctricos están formados por material aislante, que por lo general contiene materiales orgánicos. Estos forros están clasificados de acuerdo con la temperatura de operación permisible, de tal forma que una misma sección de cobre puede tener diferente capacidad de conducción de corriente, dependiendo del tipo de asilamiento que se seleccione. Calibre mínimo permitido. En los incisos 302.7 b y 203.2 de las NTIE (1981) se especifica como calibre mínimo para circuitos de fuerza y alumbradoal No. 14 y para circuitos alimentadores al No. 10. Estas restricciones pueden ampliarse en proyectos particulares. Cálculo de alimentadores con cargas distribuidas. Es muy común que un circuito derivado tenga cargas distribuidas a lo largo de su extensión. Es práctica normal que el calibre de las últimas unidades sea menor que el calibre con el que sale del tablero de distribución. Lo que no es tan común es realizar un cálculo exacto de la sección de los conductores del circuito, considerando la carga, la distancia y la caída de voltaje en los tramos respectivos. Cálculo y especificación de tuberías y ducto cuadrado. Para la especificación del diámetro de tuberías para alojar varios conductores eléctricos aislados, debe observarse cierta relación entre la suma total de las secciones transversales de los conductores y el área transversal del interior del tubo. Esta relación se conoce como factor de relleno, y las NTIE (1981) inciso 306.7 señalan como valor máximo aceptable para este factor un 40 %, aunque proyectos particulares pueden exigir valores menores. En el apéndice No. 1 de las NTIE (1981) aparece las cantidades máximas de conductores (de ciertos tipos de aislamiento), que pueden instalarse en diferentes tamaños de tubos. CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Fuente: Viqueira 1 Tabla 3.1. Sección de conductores TW y THW en mm2 Esta tabla proporciona la sección total en mm de uno hasta 10 conductores de los utilizados más comúnmente en las instalaciones. Esta tabla es válida únicamente para conductores con aislamiento TW y THW. 5 Tomado del Libro del Autor Jacinto Viqueira Landa “ Redes Eléctricas” CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Fuente: Viqueira2 Tabla 3.2. Sección transversal de tuberías conduit. Se presentan los valores correspondientes al 100%, 40%, 30% y 20% del área interior de la tubería conduit. Suponiendo que los conductores son compatibles para alojarse en la misma canalización y que no hay más de diez del mismo calibre, se procede de la siguiente manera: a. Se obtienen las secciones de los conductores de cada calibre y se hace la sumatoria total de secciones. b. El resultado se compara con los valores del factor de relleno deseado. La tubería o ducto que debe especificarse será la que tiene la sección inmediata superior obtenida. 6 Tomado del Libro del Autor Jacinto Viqueira Landa “ Redes Eléctricas” CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE CONDUCTORES Existen dos métodos para la selección del calibre más adecuado: a. Capacidad de corriente del conductor b. Caída de voltaje del conductor. Cálculo por capacidad de conducción de corriente. Al realizar este cálculo hay que tener presente el tipo de aislamiento a utilizarse ya que, una misma sección de calibre puede tener diferente capacidad de conducción de corriente. La carga total instalada de una instalación nos permite conocer el tipo de sistema que se va a manejar, así como las ecuaciones necesarias para el cálculo del calibre de los conductores. De esta manera, tenemos que: Para una carga que no excede de los 4kw, se tiene un sistema monofásico de 2 hilos (F, N). w = En I cos Despejando = w En cos O Con una carga mayor de 4 kw pero menor a 8 kw, se aplican las ecuaciones para un sistema monofásico de 3 hilos (2 F, N). w = 2 En I cos O I = w 2 En cos p Si la carga instalada excede los 8 kw, entonces tendremos un sistema trifásico de4hilos(3F,N). w = 3 Encos p . 1= w = w 3 En cos p J3 Efcos p Donde: w = carga instalada (watts) I = corriente que va a circular en el conductor (amperes) En = voltaje de fase a neutro (volts) Ef = voltaje entre fases (volts) cos p = factor de potencia. CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Una vez obtenido el valor de la corriente, se busca en tablas, aquél calibre de conductor capaz de conducir ésta. El resultado que se obtenga nos dará el valor real de conducción del calibre seleccionado; si este valor es igual o mayor al obtenido de la fórmula se elegirá ese calibre; si por el contrario, el resultado es menor al obtenido de la operación, se procede a seleccionar un calibre mayor. Para estar seguro de que las caídas de voltaje no excedan es necesario hacer el cálculo en los circuitos derivados y en los alimentadores. De manera que, para sistemas monofásicos de dos y tres hilos, el porcentaje de caída de tensión se calcula con la fórmula siguiente: e % = 4 * LI / En S Si se está trabajando con un sistema trifásico entonces, la fórmula que aplicaremos será: e % = 4 * LI / En S e% =Calda de tensión en por ciento. L = Longitud del conductor (metros). I = Corriente obtenida del cálculo por capacidad de conducción de corriente (amperes). S = Sección transversal del conductor elegido (mm2) En = Voltaje de fase a neutro (volts). Ef = Voltaje entre fases (volts). Siempre que se realicen ambos procedimientos, cálculo por capacidad de conducción de corriente y por calda de tensión, tendrá más peso el obtenido de este último. De tal manera que, si un conductor seleccionado por capacidad de conducción, no es el más adecuado de acuerdo al cálculo por caída de tensión, deberá elegirse un conductor que nos dé mejores resultados. CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Referencias NOM-001- STPS-1993 Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los edificios, locales y áreas en los centros de trabajo. NOM-002- STPS-1993 Relativa a las condiciones de seguridad para la prevención y protección contra incendios en los centros de trabajo. NOM-004- STPS-1993 Relativa a los sistemas de protección y dispositivos de seguridad en la maquinaria, equipo y accesorios en los centros de trabajo. NOM-016- STPS-1993 Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo, referente a ventilación. NOM-022- STPS-1993 Relativa las condiciones de seguridad en los centros de trabajo donde la electricidad estática representa un riesgo. NOM-001- SEMP-1994 Relativa a las instalaciones destinadas al suministro y uso de energía eléctrica. Fuente: Viqueira3 Tabla 3.3. Normas de Instalaciones Eléctricas. REFLEXIÓN SOBRE LA DISMINUCIÓN DE COSTOS VS SEGURIDAD ELÉCTRICA Mirando a Rafael Escolá, (ref. 11 p.p. 48), cuando se refiere a la responsabilidad que adquiere un ingeniero: 1. La Responsabilidad de Asumir Consecuencias de sus propios actos, como un deber permanente y como un deber adquirido. 2. La Responsabilidad como una Cualidad Previsora, ver las posibles consecuencias y actuar con prudencia para conseguir los bienes y evitar los males. Un Ingeniero Eléctrico debe tener conocimiento en primeros auxilios siempre actuando de manera previsora y responsable como jefe, pues en su trabajo siempre está presente el riesgo y la posibilidad de electrocución. No es de asustarse pensar que en muchos casos de personas que Tomado del Libro del Autor Jacinto Viqueira Landa “Redes Eléctricas” CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS son electrocutadas por descarga atmosférica o accidente eléctrico, pueden sobrevivir si se les realiza de inmediato un masajecardiaco y respiración artificial. No se debe omitir la seguridad, esta siempre debe prevalecer sin importar el costo, se debe ver que si no se va a asumir lo especificado en un diseño bien hecho, es mejor dar un paso atrás y evitar que en caso de que ocurra algún accidente se pierdan vidas, bienes y el buen nombre del ingeniero y su prestigio profesional. Las instalaciones eléctricas deben estar diseñadas de tal forma que las personas puedan estar protegidas contra los contactos indeseados de partes metálicas energizadas, que pueden causar dependiendo del voltaje presente y la corriente que pase por el cuerpo de esta. Debe resultar imposible para un individuo que no sea un electricista calificado llegar a tocar estos elementos bajo tensión, adoptando soluciones como: • Alejar los elementos que están energizados haciéndolos inaccesibles, • Interponer obstáculos, tales como cubiertas aislantes o cajas herméticas, • Demarcar con señales de precaución, y • Aislar los elementos energizados. Como en muchas instalaciones no es posible adoptar las soluciones antes planteadas, se debe garantizar que todas las partes metálicas de una casa o edificio u otros, estén puestas a tierra, es decir, que se garantice que estas no presenten un voltaje que en el momento de ser tocadas por alguna persona no la vaya a electrocutar. Un adecuado sistema de puesta a tierra en una instalación constituye el medio más seguro para la protección de las personas, evitando dos de las siguientes posibilidades de contacto eléctrico: • Directo: contacto accidental de una persona con las partes de una instalación eléctrica que normalmente se encuentra energizada. • Indirecto: contacto accidental de una persona con las partes metálicas puestas accidentalmente bajo tensión (energizadas). CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Capitulo lV PROYECTO DE TESIS CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS PROYECTO El proyecto consta de realizar una Instalación Eléctrica de un escenario de un centro de espectáculos con los datos que el cliente facilita; los cuales son: Medidas del Escenario y Área de Control Ancho de Área de Control = 5m Ancho del Escenario = 22.5m Ancho Total = 27.5m Largo = 12.5 m Altura Total = 6.5 m Lámparas tipo incandescentes = 150 watts Total de Lámparas = 36 Contactos que soportan 500 watts c/u Total de Contactos = 9 Para realizar los cálculos correspondientes primero se tiene que obtener el total de los circuitos derivados que vamos a utilizar y cuantos elementos va a controlar cada circuito. Posteriormente realizamos los cálculos debidamente. CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS CIRCUITOS DERIVADOS - CÁLCULOS PARA C1, C2 Y C3 Potencia Total = 36 Lámparas x 150 watts = 5400 watts Potencia de cada circuito W = En I Cos e W = 127v x 15 amp x 1 W = 1905 watts No. De circuitos = 5400 w / 1905 w = 2.8 = 3 circuitos Cada circuito controlará 12 elementos 36 / 3 = 12 elementos. Calculo por corriente I = W / En Cos e I = ( 12 x 150 w ) / ( 127 x 1 ) I = 14.17 Amp UTILIZANDO UN THW Calculo por caída de tensión CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS S = 4 L I / e% En S = ( 4 x 33.83 x 14.17 ) / ( 3 x 127 ) S = 5.03 mm2 Por lo tanto C1 = Calibre 10 AWG - PARA C2; CALCULO POR CORRIENTE = C1 Por caída de tensión S = ( 4 x 24.19 x 14.17 ) / ( 3 x 127 ) S = 3.59 mm2 Por lo tanto C2 = Calibre 10 AWG - PARA C3; CALCULO POR CORRIENTE = C2 = C1 Por caída de tensión S = ( 4 x 14.55 x 14.17 ) / ( 3 x 127 ) S = 2.16 mm2 Por lo tanto C3 = Calibre 12 AWG CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS CONTACTOS - CÁLCULOS PARA C4 Y C5 Potencia Total = 8 x 500 watts = 4000 watts Potencia de cada circuito W = En I Cos e W = 127 v x 20 amp x 1 W = 2540 watts No. De circuitos = 4000 w / 2540 w = 1.57 = 2 Cada circuito controlará 4 elementos 8 / 2 = 4 elementos Calculo por corriente I = W / En Cos e I = ( 4 x 500 watts ) / ( 127 x 1 ) I = 15.7480 Amp UTILIZANDO UN THW CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Calculo por caída de tensión S = 4 L I / e% En S = ( 4 x 35.39 x 15.74 ) / ( 3x 127 ) S = 5.84 mm2 Por lo tanto C4 = Calibre 8 AWG - PARA C5; CALCULO POR CORRIENTE = C4 Calculo por caída de tensión S = ( 4 x 4.73 x 15.74 ) / ( 3x 127 ) S = 0.78 mm2 Por lo tanto C5 = Calibre 14 AWG CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS CALCULOS PARA LOS DUCTOS De la tabla 4.1 tenemos que la suma de las secciones para dos conductores del 14 AWG es de 18.5, por lo tanto si se utiliza un área del 40% de la tubería conduit, el diámetro del mismo es de ½ pulgada. ( Tabla 4.2 ). Para dos conductores del calibre 12 AWG, De la Tabla 4.1 tenemos que la suma de las secciones para dos conductores del 12 AWG es de 24.0, por lo tanto si se utiliza un área del 40% de la tubería conduit, el diámetro del mismo es de ½ pulgada. ( Tabla 4.2 ). Para dos conductores del calibre 10 AWG, De la tabla 4.1 tenemos que la suma de las secciones para dos conductores del 10 AWG es de 32.1, por lo tanto si se utiliza un área del 40% de la tubería conduit, el diámetro del mismo es de ½ pulgada. ( Tabla 4.2 ). CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Para dos conductores del calibre 8 AWG, De la tabla 4.1 tenemos que la suma de las secciones para dos conductores del 8 AWG es de 58.5, por lo tanto si se utiliza un área del 40% de la tubería conduit, el diámetro del mismo es de ½ pulgada. ( Tabla 4.2 ). Para dos conductores del calibre 8 AWG y cuatro del 10 AWG, De la tabla 4.1 tenemos que la suma de las secciones para dos conductores del 8 AWG es de 58.5 y para cuatro conductores del 10 AWG es de 64.2. La suma total es de 122.7, por lo tanto si se utiliza un área del 40% de la tubería conduit, el diámetro del mismo es de ¾ de pulgada. ( Tabla 4.2 ). Para dos conductores del calibre 8 AWG y dos del 10 AWG, De la tabla 4.1 tenemos que la suma de las secciones para dos conductores del 8 AWG es de 58.5 y para dos conductores del 10 AWG es de 32.1. La suma total es de 90.6, por lo tanto si se utiliza un 40% de la tubería conduit, el diámetro del mismo es de ¾ de pulgada. ( Tabla 4.2 ). CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS Para dos conductores del calibre 8 AWG, cuatro del 10 AWG y dos del 12 AWG, De la tabla 4.1 tenemos que la suma de las secciones para dos conductores del 8 AWG es de 58.5, para cuatro conductores del 10 AWG es de 64.2 y para dos conductores del 12 AWG es de 24.0. La suma total es de 146.7, por lo tanto si se utiliza un 40% de la tubería conduit, el diámetro del mismo es de 1 pulgada. ( Tabla 4.2. ). Para dos conductores del calibre 8 AWG, cuatro del 10 AWG, dos de 12 AWG y dos del 14 AWG, De la tabla 4.1 tenemos que la suma de las secciones para dos conductores del 8 AWG es de 58.5, para cuatro conductores del 10 AWG es de 64.2, para dos conductores del 12 AWG es de 24.0 y para dos conductores del 14 AWG es de 18.5. La suma total es de 165.2, por lo tanto si se utiliza un 40% de la tubería conduit, el diámetro del mismo es de 1 pulgada. ( Tabla 4.2 ).CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS DESARROLLO DEL PROYECTO En el siguiente plano se indica los puntos donde se encuentran las lámparas, estos están ubicados con la letra “ C “ y a continuación con un numero. Ejemplo: C1 Estas letras con números indican también el tipo de conductor que se encuentra en ese punto. En la parte inferior derecha y parte superior izquierda se encuentran unas como tipo cajas, estas son contactos, los cuales también están localizados con la “ C “ y su respectivo numero. Los números que se localizan dentro del plano divididos con una “ – “, son los ductos que debe llevar el alambrado a lo largo de la instalación, dependiendo de la cantidad de conductores que se encuentren en esa línea. Fig.4.1. Desarrollo del proyecto CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS PLANO DEL ESCENARIO En el siguiente plano se muestran dos áreas divididas por curvas isolux, las cuales indican la cantidad de luxes que hay en cada área del escenario. En la parte central se ubica la cantidad de 150.00, la cual indica que se tiene una cantidad de luxes mayores a 150. En la parte restante se ubica la cantidad de 100.00, la cual indica que se tiene una cantidad de luxes mayores a 100 pero menores que 150 Fig. 4.2. Escenario CAPITULO 3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DUCTOS PLANO DEL ÁREA DE CONTROL De igual manera que en el plano anterior se muestran las curvas isolux, las cuales indican la cantidad de luxes que hay en el área de control. En la parte central se ubica la cantidad de 150 , la cual indica que se tiene una cantidad de luxes mayores a 150. En la parte restante se ubica la cantidad de 100.00, la cual indica que se tiene una cantidad de luxes mayores a 100 pero menores que 150 Fig. 4.3. Área de control. CONCLUSIONES Debido a las necesidades de instalación eléctrica del escenario del centro de espectáculos, cuyas medidas ya mencionadas, conforme a la teoría y la aplicación de la misma en la práctica concluimos que la mejor manera de colocar la instalación eléctrica requerida es como se muestra en el plano el cual fue realizado con ayuda del programa CALA PRO. Se realizó el proyecto de la tesis conforme a lo que el cliente solicitaba, ya que el tipo de luminario ya se había escogido y por lo tanto empezar a trabajar con la información que se conocía. Teniendo los datos y los cálculos correctamente, se dedujo que los cables, contactos y ductos que se deben de utilizar son los siguientes: Conforme a los resultados obtenidos, decimos que el calibre adecuado para la instalación de las lámparas es C1 y C2 de 10 AWG y para C3 el mejor calibre es de 12 AWG. Para los contactos los calibres adecuados son, C4 de 8 AWG y para C5 es de 14 AWG. En el caso de los DUCTOS tenemos que para dos conductores del 14 AWG, dos conductores del 12 AWG, dos conductores del 10 AWG y para dos conductores del 8 AWG,el indicado es el de ½ pulgada. Para el caso de dos conductores del 8 AWG y cuatro conductores del 10 AWG, y para dos conductores del 8 AWG y dos del 10 AWG, el indicado es de ¾ de pulgada. Por último para dos conductores del 8 AWG, cuatro del 10 AWG, dos del 12 AWG y para dos del 8 AWG, cuatro del 10AWG, dos del 12 AWG y dos del 14 AWG, el indicado es de 1 pulgada. Se concluye que los conductores y ductos más apropiados para la Instalación Eléctrica del Escenario de un Centro de Espectáculos son los mencionados anteriormente ya que cumplen con las necesidades del cliente, así como en seguridad, mantenimiento y economía, por lo tanto se cumple el objetivo que se propone al principio de esta tesis. Por otra parte este rpoyecto me deja una satisfacción personal ya que su elaboración y presentación fue lo más limpia posible al gusto del cliente, proponiendo algunos cambios dentro de la instalación y la colocación de los luminarios para un mejor resultado que al final se logró. BIBLIOGRAFÍAS 1. Enrique Ras Oliva, Dr. Ing. Ind. “ Teoría de Líneas Eléctricas Vol. I ”. Ed. Universidad Politécnica de Barcelona. México 1973. p.p. 299. 2. Carlos Luca M. “ Líneas e Instalaciones Eléctricas ”. Ed. Alfaomega. México 1991. p.p. 319. 3. José García Trasancos. “ Instalaciones Eléctricas en media y baja tensión “. Ed. PARANINFO. Madrid 1999. p.p. 391. 4. Antonio López J. Guerrero. “ Instalaciones Eléctricas para proyectos y obras “. Ed. PARANINFO Madrid 1992 p.p. 2�5. 5. Gilberto Enríquez Harper.“ Protección de Instalaciones Eléctricas Industriales y Comerciales “. Ed. LIMUSA. México 2002. p.p. 519. 6. IBBETSON. “Instalaciones Eléctricas, Teoría y Practica “. Ed. Continental S.A. México 1974 p.p. 137 7. Marcelo Antonio Sobrevila. ” Instalaciones Eléctricas “. Ed. ALSINA. Argentina 2002. p.p 310. �. Ángel Lagunas Marqués. “ Instalaciones Eléctricas de Baja Tensión “. Ed. PARANINFO. Madrid 1997. p.p. 262. 9. Jacinto Viqueira Landa. “ Redes Eléctricas “. Ed. REPRESENTACIONES Y SERVICIOS DE INGENIERIA, S.A. México 19�6. p.p. 452. 10. Neagu Bratu Serbán, Eduardo Campero Littlewood. “ Instalaciones Eléctricas, Conceptos Básicos y Diseño “. Ed. Alfaomega. México 1992. p.p. 227. Portada Índice de Contenido Introducción Capítulo I. Conceptos Básicos Capítulo II. Instalaciones Eléctricas Capítulo III. Selección de Conductores Y Ductos Capítulo IV. Proyecto de Tesis Conclusiones Bibliografías
Compartir