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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO Instituto de Ciencias Básicas e Ingenierías Asignatura: Eléctrica II CÁLCULOS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS UNIVERSIDAD.

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1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO Instituto de Ciencias Básicas e Ingenierías Asignatura: Eléctrica II CÁLCULOS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO Instituto de Ciencias Básicas e Ingenierías Asignatura: Eléctrica II CÁLCULOS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS Presenta: Marcos Campos Nava Abril de 2012

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3 FACTOR DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA La temperatura ambiente alta influye desfavorablemente en la conducción de electricidad debido a que aumenta la resistencia eléctrica. Por el contrario, a menor temperatura se conduce mejor la electricidad. De hecho hay un fenómeno que se llama superconductividad que se presenta en algunos materiales a temperaturas por debajo de los 200 grados centígrados. Para temperaturas ambiente normales o comunes se dan los siguientes valores.

4 Cuando se determina el calibre del conductor apropiado para una instalación eléctrica, se debe considerar también el Factor de Temperatura, de la siguiente manera. Después que se ha determinado el calibre del conductor se multiplica la cantidad de amperes que soporta dicho conductor, por el factor correspondiente que corresponda a la temperatura de operación.

5 Supóngase que la corriente corregida determinada para una instalación eléctrica residencial es de 28 amperes (Ic). Si eligiéramos alambre tipo THW CONOFLAM para los alimentadores generales (instalación oculta), entonces el calibre del conductor sería número 10 (Alambre THW CONOFLAM en tubo conduit de 1-3 conductores 75 ºC). Dicho conductor soporta hasta 40 amperes. Si la temperatura ambiente es de 38 °C, se observa en la tabla de temperaturas de operación que le corresponde un factor de corrección de 0.88 (a una temperatura máxima de operación de 75 ºC).

6 Entonces, lo que debe hacerse es multiplicar la capacidad de conducción del conductor por 0.88, quedando: (40)(0.88 ) = 35.2 amperes. De aquí se deduce que en realidad el conductor solo puede soportar hasta 35.2 amperes (en lugar de los 40 que muestra la tabla correspondiente a la marca CONOFLAM), esto, considerando que la temperatura del medio ambiente fuera de 38 °C, por lo que, en conclusión, debido a que la Ic es de 28 amperes, se comprueba que el conductor SI soporta esa cantidad de corriente.

7 FACTOR DE CORRECCIÓN POR AGRUPAMIENTO Cuando se introducen varios conductores en una tubería (sobre todo metálica) se presentan fenómenos de inducción hacia las mismas ya sea de calor y de inductancia (algo similar en sus efectos a la resistencia ohmica). En estos casos debe considerarse una disminución de la corriente eléctrica que soporta cualquier conductor de la siguiente manera. a) Más de tres conductores activos en un cable o canalización. Cuando el número de conductores activos en un cable o canalización sea mayor a tres, la capacidad de conducción de corriente se debe reducir como se indica en la siguiente Tabla:

8 Supóngase que la capacidad de conducción de corriente en un conductor es de 25 amperes. Si en la misma tubería (o tramo de tubería) están 5 conductores del mismo calibre entonces se tendría que efectuar la siguiente operación aritmética: (25)( 0.8 ) = 20 En realidad el conductor (en estas condiciones) solo estaría capacitado para conducir hasta 20 amperes.

9 Los factores de temperatura y de corrección por agrupamiento se utilizan en forma acumulada cuando ambos intervienen en una instalación eléctrica. Por ejemplo. Supóngase que un conductor está capacitado (de acuerdo a sus características) para conducir 30 amperes (75° instalación oculta). Si en una tubería van 5 conductores y además la temperatura de operación es de 41°, entonces tendremos: (30)(0.82)(0.8)=19.68 De acuerdo a las condiciones anteriores (temperatura y agrupamiento) se concluye entonces que el conductor en realidad solo puede conducir amperes.

10 FACTOR DE RELLENO En Instalaciones Eléctricas Residenciales de pequeña y mediana capacidad entre 2,500 y 5,500 Watts hasta con 8 conductores combinados de calibres números 10, 12 y 14 en tubería conduit, puede utilizarse tubo de 3/4 de pulgada. Menores de 2,500 Watts hasta con 6 conductores combinados de calibre números 12 y 14 en la tubería conduit, puede utilizarse tubo de 1/2 pulgada. -La tendencia es utilizar diámetro mínimo de 3/4 de pulgada. En Instalaciones Eléctricas Residenciales de pequeña y mediana capacidad entre 2,500 y 5,500 Watts hasta con 8 conductores combinados de calibres números 10, 12 y 14 en tubería conduit, puede utilizarse tubo de 3/4 de pulgada. Menores de 2,500 Watts hasta con 6 conductores combinados de calibre números 12 y 14 en la tubería conduit, puede utilizarse tubo de 1/2 pulgada. -La tendencia es utilizar diámetro mínimo de 3/4 de pulgada.

11 Para instalaciones eléctricas residenciales mayores de 5,500 Watts con combinaciones de varios calibres de conductores, deben realizarse cálculos utilizando las siguientes tablas :

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13 Determinar el diámetro de la tubería conduit requerida para alojar un total de 5 conductores (alambre). 2 calibre No. 10 y 3 calibre No. 12 Para el caso de conductores de la marca CONOFLAM No. 10. su diámetro total exterior es: 4.19 mm, por lo que el área resulta: A=(π)(diám²)/4=(3.1416)(4.19²)/4 = mm². A=(π)(diám²)/4=(3.1416)(4.19²)/4 = mm². Puesto que son dos conductores calibre No. 10 entonces resultan:27.57 mm².

14 Para el caso de conductores de la marca CONOFLAM No. 12. su diámetro total exterior es: 3.65 mm, por lo que el área resulta: A=(π)(diám²)/4=(3.1416)(3.65²)/4 = mm². A=(π)(diám²)/4=(3.1416)(3.65²)/4 = mm². Puesto que son tres conductores calibre No. 12 entonces resultan:31.39 mm². Sumando ambos totales resulta un área global de mm². Debido a que son más de dos conductores alojados en la tubería el factor de relleno es del 40% de acuerdo a las tablas mostradas aquí.

15 Al revisar la tabla de arriba en la columna correspondiente a: más de dos conductores fr=40% puede verse 78 mm² para la tubería de media pulgada (dato ubicado a la izquierda de la misma tabla) con lo que se deduce que dicha tubería (de media pulgada) es la correcta para alojar a los cinco conductores mencionados Al revisar la tabla de arriba en la columna correspondiente a: más de dos conductores fr=40% puede verse 78 mm² para la tubería de media pulgada (dato ubicado a la izquierda de la misma tabla) con lo que se deduce que dicha tubería (de media pulgada) es la correcta para alojar a los cinco conductores mencionados.

16 FACTOR DE DEMANDA El Factor de Demanda (f.d.) o también llamado Factor de Utilización (f.u.) se define oficialmente como: la Relación entre la demanda máxima de un sistema o parte del mismo, y la carga total conectada al sistema o a una parte del mismo, también puede interpretarse como la cantidad promedio de electricidad demandada por una vivienda en 24 horas.

17 La norma oficial mexicana (NOM-001-SEDE vigente) lo establece con cifras exactas

18 La mayoría de las instalaciones eléctricas del país no sobrepasan los 3,000 Watts, pero, actualmente hay muchas que oscilan entre los 3,000 y los 5,000 Watts. Entonces, ¿cómo es posible que para una instalación de 3,000 se utilice un factor de demanda del 100%, mientras que para otra de 3,200 Watts dicho factor baje drásticamente al 35%. ? Para fines teóricos de instalaciones eléctricas residenciales comunes en clase se puede aplicar un factor de demanda del 70% (0.7)

19 UNIFILAR se refiere a una sola línea para indicar conexiones entre diferentes elementos, tanto de conducción como de protección y control. ¿QUÉ ES UN DIAGRAMA UNIFILAR?

20 Los diagramas son muy útiles cuando se trata de interpretar de manera sencilla por donde se conduce y hasta donde llega la electricidad. Generalmente incluyen dispositivos de control, de protección y de medición, aunque no se limiten solo a ellos. El uso de Diagramas Unifilares se recomienda en planos de Instalaciones Eléctricas de todo tipo, sobre todo cuando estas incluyen varios circuitos o ramales. Se complementan de manera esencial con los Diagramas de Conexiones. Con ambos esquemas quien realiza una instalación eléctrica sabe perfectamente por donde tender cada uno de los conductores físicamente.

21 No existe una Norma Oficial respecto de la elaboración de estos diagramas, por lo tanto la forma de hacerlos se deja prácticamente a criterio del técnico electricista, pero respetando siempre la simbología oficial en materia de Instalaciones Eléctricas. Pueden hacerse en forma vertical (como en la figura) o bien horizontalmente. En la figura puedes ver elementos tales como:… ACOMETIDA. MEDIDOR, REGISTRO, WATTHORIMETRO O KILOWATTHORIMETRO. INTERRUPTOR DE SEGURIDAD, INTERRUPTOR PRINCIPAL O INTERRUPTOR GENERAL. CENTRO DE CARGA O TABLERO DE DISTRIBUCIÓN.

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23 Salvo mínimas diferencias las tablas para diferentes tipos de conductores por ejemplo VIAKON y CONOFLAM coinciden con los datos mostrados en la Norma Oficial 001-SEDE- Vigente, tabla

24 Supongamos que la carga total en una Instalación Eléctrica Residencial es de 4,900 Watts, resultado de sumar cargas monofásicas fijas, alumbrado, contactos, motobomba, y hasta un timbre. Entonces la instalación es monofásica (menor de 5,000 W.). Consideremos un f.p. de 0.9, un factor de demanda o utilización de 0.7 y una temperatura ambiente de 35º (un lugar templado). P=4,900 W. I=4,900/(127×0.9)=42.86 A. Ic=42.86×0.7=30 A. CÁLCULO DE CONDUCTORES EN UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA RESIDENCIAL, (MONOFÁSICA MENOR A 5000 WATTS)

25 En tablas de Viakon, a 75 ºC como temperatura máxima de operación- resulta alambre o cable calibre No. 10 que pueden conducir hasta 35 A. suficientes en este caso y además con un buen margen de seguridad. Sin embargo como la temperatura ambiente es de 35 ºC, lo cual significa una disminución real de la conducción de corriente para cualquier conductor que esté a más de 30 ºC. de Secciones/Categorías: Instalaciones Eléctricas, en donde resulta el dato 0.94, igual a la temperatura máxima de operación de 75 ºC, entonces los 35 Amperes del alambre o del cable Viakon en la práctica solo son: I real=35×0.94=32.9 Amp.

26 Lo que debemos hacer ahora es comparar este nuevo dato con la corriente corregida (Ic) que habíamos obtenido que era de 30 Amp. Podemos ver que la corriente real que puede conducir el conductor Viakon calibre 10 aun supera a la corriente corregida Ic de 30 Amp, en casi 3 Amperes. Por lo tanto concluimos que dicho conductor hasta este punto es adecuado como alimentador principal. Pero todavía hace falta considerar el factor de corrección por agrupamiento el cual depende directamente del número de conductores alojados en la tubería, ya que al estar juntos se genera calor que influye otra vez sobre la capacidad de conducción del conductor eléctrico.

27 Supongamos entonces que por cualquier tramo de tubería por necesidad están alojados los 2 conductores alimentadores principales calibre 10, pero además están alojados otros 6 conductores, 4 de los cuales son alambre calibre 12 y los otros 2 son calibre 14 igual de alambre. En total son 8 conductores, y al revisar la tabla (resulta un 70% de disminución efectiva de la capacidad de cualquier conductor en estas condiciones de agrupamiento, entonces la capacidad del conductor Viakon que ya se había reducido a 32.9 por el factor de corrección por temperatura se reduce todavía más a: I definitiva=32.9×0.7=23.03 Amp.

28 Se concluye entonces que el calibre 10 Viakon debido a las condiciones de temperatura y agrupamiento reduce drásticamente su capacidad de conducción hasta 23 Amperes por lo cual concluimos que ese calibre no es apropiado para transportar los 30 Amperes que resultaron en la corriente corregida. Por lo tanto aumentamos un calibre resultando No. 8, el cual está diseñado para conducir hasta 50 Amperes a 75 ºC como temperatura máxima de operación.

29 Ahora bien, para el cálculo del diámetro del poliducto retomemos el tramo por donde pasan los 8 conductores comunes más el conductor de tierra. Tenemos en total 9 conductores de los siguientes calibres: 2 No. 8; 1 No. 10, 4 No. 12 y 2 No. 14. Sumando áreas resulta : No. 8; Área = (π x 5.5²)/4 = mm², en dos conductores resultan: 47.5 mm² No. 10; Área = (πx4.1²)/4 = mm² No. 12; Área = mm², en cuatro conductores resultan: mm² No. 14; Área = 8.04 mm², en dos conductores resultan: mm² En total resultan: mm².

30 Revisando la tabla para diámetros de tubería para más de dos conductores (40% utilizable), resulta que el diámetro ¾ puede alojar hasta 137 mm² con lo cual se concluye que este es el diámetro adecuado, aunque si se desea puede utilizarse poliducto un poco mayor pudiendo ser de 1 pulgada.

31 Referencias: Becerril, D. (2005). Instalaciones Eléctricas prácticas Guerrero, I. (2008). Curso de Instalaciones Eléctricas Turrubiates, V. (2009). Instalaciones Eléctricas. BUAP


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