UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE
HIDALGO
Instituto de Ciencias Básicas e Ingenierías
Asignatura: Eléctrica II
CÁLCULOS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS
Abril de 2012
Presenta: Marcos Campos Nava
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.
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.
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).
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.
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:
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.
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 19.68 amperes.
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.
Para instalaciones eléctricas residenciales mayores de 5,500 Watts con
combinaciones de varios calibres de conductores, deben realizarse
cálculos utilizando las siguientes tablas :
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 = 13.78 mm².
Puesto que son dos conductores calibre No. 10 entonces resultan:27.57
mm².
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 = 10.46 mm².
Puesto que son tres conductores calibre No. 12 entonces resultan:31.39 mm².
Sumando ambos totales resulta un área global de 58.96 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.
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.
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.
La norma oficial mexicana (NOM-001-SEDE vigente) lo establece con cifras
exactas
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)
¿QUÉ ES UN DIAGRAMA UNIFILAR?
UNIFILAR se refiere a una sola línea para indicar conexiones entre diferentes
elementos, tanto de conducción como de protección y control.
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.
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.
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-SEDEVigente, tabla 310-16
http://www.viakon.com.mx/products.aspx?productId=5
CÁLCULO DE CONDUCTORES EN UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA
RESIDENCIAL, (MONOFÁSICA MENOR A 5000 WATTS)
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.
En tablas de Viakon, a 75 ºC como temperatura máxima de operaciónresulta 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.
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.
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.
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.
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 = 23.75 mm²,
en dos conductores resultan: 47.5 mm²
No. 10; Área = (πx4.1²)/4 = 13.20 mm²
No. 12; Área = 10.17 mm², en cuatro conductores resultan: 40.71 mm²
No. 14; Área = 8.04 mm², en dos conductores resultan: 16.08 mm²
En total resultan: 117.49 mm².
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.
Referencias:
Becerril, D. (2005). Instalaciones Eléctricas prácticas
Guerrero, I. (2008). Curso de Instalaciones Eléctricas
Turrubiates, V. (2009). Instalaciones Eléctricas. BUAP
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