UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE
HIDALGO
Instituto de Ciencias Básicas e Ingenierías
Asignatura: Eléctrica II
CÁLCULOS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS
Marzo de 2012
Presenta: Marcos Campos Nava
CONDUCTORES
RESISTENCIA: Pérdida de energía debido al choque subatómico de electrones, generalmente por
calor. También puede definirse como la tendencia de un material hacia impedir el flujo de corriente
a través de él. La unidad en la que se mide la resistencia es el Ohm (Ω)
A la propiedad de un material que indica qué tanto impide el flujo de la corriente se le llama
resistividad. (ρ) la cuál se mide en ohm-metros.
Resistividad de algunas sustancias a
20 ºC
Sustancia
r (W·m)
Oro
1.59·10-8
Plata
1.67·10-8
Cobre
2.35·10-8
Aluminio
2.65·10-8
Vidrio
1010 - 1014
Diamante
1011
Es un buen conductor, ya que la resistividad es
muy baja
Los conductores pobres tienen una resistividad
muy alta (aislantes)
La resistencia de una porción de material se encuentra a partir de la resistividad del material, así
como de las dimensiones geométricas del mismo.
Donde:
l
Rr
A
l: Longitud del conductor
A: Sección transversal del conductor
Si la resistividad ρ es pequeña, la conductividad δ
es alta.
Material
Conductividad
Cobre recocido normal
100%
Cables de cobre
97%
ACSR
61% (sin tomar en cuenta el acero)
•Para instalaciones eléctricas se utilizan cobre y aluminio.
•El aluminio sólo presenta un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un tamaño, pero
pesa menos de la mitad.
•Un alambre de aluminio de la misma conductividad del cobre es más grueso, pero su peso es menor. Lo
anterior es importante para el diseño de líneas de transmisión.
Por otra parte, se sabe que la resistencia eléctrica de los conductores varía de acuerdo a la
temperatura. Generalmente los datos de las resistencias de los conductores se encuentran dados
para una temperatura de 60 °C, por lo que al calcular la resistencia de un conductor a cualquier
otra temperatura, ésta debe corregirse mediante la siguiente fórmula:
RT  R60 1   T  60
Donde:
RT: Resistencia del conductor a la temperatura deseada.
T: Temperatura considerada.
α: Coeficiente de corrección de temperatura en Ohms/°C
En el caso del cobre su valor es de 0.00385
•Un cable consta de varios alambres trenzados, le dan mayor resistencia mecánica
y flexibilidad para el manejo. Sin embargo, al trenzarlos aumenta la longitud, y
por lo tanto, aumenta la resistencia del mismo.
•Los conductores: tanto cables como alambres, se identifican por un número, al
cual se le conoce como calibre. Normalmente se sigue el sistema de designación
americano AWG (American Wire Gage). El calibre AWG más grueso es el 4/0.
Siguiendo en orden descendente los calibres son los siguientes: 3/0, 2/0, 1/0, 2, 4, 6,
8, 10, 12,...,20.
•Para conductores cuya sección transversal es mayor al 4/0, la unidad de medida es
el Circular Mil. Esta medida se encuentra dada en función al área de la sección
transversal del conductor en pulgadas cuadradas.
•Se denomina Circular Mil a la sección de un círculo que tiene un diámetro de una
milésima de pulgada.
Al ser 1 pulgada = 2.54 cm:
D 2
3.14(0.0254) 2
1CM 

 5.07E 4 m m2
4
4
1
1mm 
 1974 CM  2000 CM
4
5.07 E
2
AISLAMIENTO
Los conductores empleados en las instalaciones eléctricas generalmente se encuentran aislados,
antiguamente se aislaban con hule, conociéndose comercialmente como tipo R, actualmente son
fabricados con aislantes de tipo termoplástico (T) con distintas denominaciones comerciales
según el tipo de fabricante, siendo los más conocidos por ser a prueba de agua entre otras
propiedades los siguientes: TW, Vinanel 900, Vinanel Nylon, Vulcanel EP, Vulcanel XLP,
THWN, RUW, TWD, THW, PILC, V, RHH.
Cada tipo de conductor tiene propiedades específicas que lo diferencian de los demás, pero en
general para la selección de un conductor deben considerarse los agentes que los afectan
durante su operación. Estos pueden agruparse en los siguientes grupos:
1.Agentes mecánicos.
2.Agentes químicos.
3.Agentes eléctricos.
1.AGENTES MECANICOS
Los principales agentes que pueden afectar mecánicamente a los conductores se pueden dividir en cuatro
clases:
PRESION MECANICA.- La presión mecánica se puede presentar en el manejo de los conductores por el paso
o colocación de objetos pesados sobre los conductores, su efecto puede se una deformación permanente del
aislamiento, disminuyendo el espesor del mismo, dando paso a la aparición de fisuras que pueden provocar
fallas eléctricas futuras.
ABRASION.- Este es un fenómeno que se presenta al introducir los conductores dentro de las canalizaciones,
cuando éstas están mal preparadas y contienen rebabas o bordes punzocortantes. También se pueden presentar
durante el manejo de los conductores en las obras civiles semiterminadas.
ELONGACION.- La norma para instalaciones eléctricas indica que no deben existir más de dos curvas de 90°
en una trayectoria unitaria de tubería. Cuando se tiene un número mayor de curvas se puede presentar el
fenómeno de elongación. También puede presentarse cuando trata de introducirse en una canalización una
cantidad de conductores mayor a la permitida.
DOBLEZ A 180°.- Este problema se presenta principalmente por mal manejo de material, de tal forma que las
moléculas del aislamiento que se encuentran en la parte exterior se encuentran sometidas a la tensión y las que
se encuentran en la parte inferior se encuentran sometidas a la compresión. Este fenómeno se conoce en el
argot técnico como la formación de “cocas”.
2. AGENTES QUIMICOS
Un conductor se ve sujeto a ataques por agentes químicos que pueden ser diversos y que
dependen de los contaminantes que se encuentran en el lugar de la instalación.
Estos agentes químicos contaminantes se pueden identificar en cuatro tipos generales que son:
•Agua o humedad.
•Hidrocarburos.
•Ácidos.
•Alcalinos.
Por lo general no es posible eliminar en su totalidad los contaminantes de una instalación, lo
cual hace necesario el uso de conductores eléctricos que resistan los contaminantes en cada
instalación eléctrica.
Las fallas por agentes químicos en los conductores se manifiestan como una disminución en el
espesor del aislamiento, así como grietas con trazos de sulfatación en el aislamiento o por
oxidación en el mismo. Este caso se manifiesta como un desprendimiento en forma de escamas.
3. AGENTES ELECTRICOS
Desde el punto de vista eléctrico, la característica principal de los conductores de baja tensión se
mide por la rigidez dieléctrica del aislamiento, que es la que determina las condiciones de
operación manteniendo la diferencia de potencial requerida dentro de los límites de seguridad.
Además permite soportar sobrecargas transitorias e impulsos de corriente producidos en un
cortocircuito.
Normalmente la rigidez dieléctrica se expresa en KV/mm y dependiendo si en la prueba se
emplea elevación rápida de tensión o impulso varía su valor. Por lo general, la habilidad
eléctrica de los aislamientos para conductores en baja tensión es del orden de 600 Volts, que es
la tensión máxima a la que están especificados. Por esta razón los conductores empleados e
instalaciones eléctricas de baja tensión difícilmente fallan por causas meramente eléctricas, en
la mayoría de los casos fallan por fenómenos térmicos provocados por sobrecargas sostenidas o
deficiencias en los sistemas de protección en caso de cortocircuito.
DIELECTRICO: Sustancia que es mala conductora de la electricidad y que amortigua la fuerza
de un campo eléctrico que lo atraviese.
La capacidad de un dieléctrico de soportar los campos eléctricos sin perder sus propiedades
aislantes se denomina “Resistencia de Aislamiento” o “Rigidez Dieléctrica”
SELECCIÓN DE CONDUCTORES
Los conductores usados en las instalaciones eléctricas se seleccionan en base a los siguientes criterios:
•LIMITE DE TENSION DE APLICACIÓN. En el caso de las instalaciones residenciales es de 1,000 V
•CAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTE. Esta capacidad, que también se conoce como Ampacidad,
indica la máxima corriente que puede conducir un conductor dado su calibre. Esta capacidad es afectada
principalmente por los siguientes factores:
A) Temperatura.
B) Capacidad de disipación del calor producido por las pérdidas en función del medio en el que se encuentre el
conductor.
MAXIMA CAIDA DE TENSION PERMISIBLE. De acuerdo con el calibre del conductor y la corriente que habrá de
conducir, la caída máxima de tensión permisible según la Norma Oficial Mexicana para Instalaciones Eléctricas no
deberá ser sobrepasada. Esta caída máxima de tensión es del 3% desde el Centro de Carga hasta el punto más distante
de la instalación.
Generalmente cada fabricante proporciona al cliente las tablas que contienen los datos de los conductores producidos
por su compañía. Estos datos pueden ser diámetros, pesos específicos, resistencias, etc.
SELECCIÓN DE CONDUCTORES DE ACUERDO A SU CAPACIDAD DE
CONDUCCION DE CORRIENTE
La capacidad de conducción de un conductor se encuentra limitada por los siguientes factores:
•Conductividad del metal conductor.
•Capacidad térmica del aislamiento.
Desde el punto de vista de conductividad se han elaborado tablas en las que se obtiene la resistencia eléctrica de
los conductores de cobre. Este factor es sumamente importante, ya que determina las pérdidas de potencia
eléctrica al paso de la corriente según la siguiente fórmula:
W  RI 2
Donde:
R: Resistencia eléctrica dada en ohms
I: Corriente eléctrica dada en Amperes
W: Pérdidas de potencia dadas en Watts.
Esta potencia, en un período de tiempo determinado, equivale a una energía disipada en forma de calor.
Procedimiento para calcular el calibre de los alimentadores principales de
una Instalación Eléctrica Residencial.
Existen varios métodos para calcular el calibre de los alimentadores principales
de una instalación eléctrica residencial, a saber: Por Corriente, Por Caída de
Tensión y Por Resistencia de los Conductores. Puede haber más formas, pero
los tres métodos especificados son los más comunes.
De los tres métodos señalados el más utilizado es el de corrientes,
Procedimiento.
1. Se determina la CARGA TOTAL de la residencia o casa-habitación de la cual
se calculará el calibre de los alimentadores principales.
2. Se aplica la fórmula: I= P/(V*0.9)
En donde:
I es la corriente que pasará por los conductores (amperes);
P es la carga total (Watts);
V es el voltaje que llega a la residencia por medio de la acometida (127
Volts-ca para el caso de una instalación que no rebasa los 5,000 Watts); y,
0.9 es el denominado factor de potencia el cual regularmente es del 90% por
la combinación de cargas resistivas e inductivas existentes en la instalación
eléctrica.
3. Con la I, se determina una Ic (corriente corregida) multiplicándola por un
factor de demanda o factor de utilización (f.d.) el cual tiene un valor que varía
de la siguiente manera.
Unidades de vivienda, según NOM-001-SEDE-Vigente, 220-11
Primeros 3,000 VA o menos: 100%; 1
De 3,001 a 120,000 VA: 35%; 0.35
A partir de 120,000 VA: 25%; 0.25
En virtud de que el factor de demanda o utilización especificado en la Norma
Oficial, varía mucho antes y después de los 3000 Watts, puede utilizarse a
cambio uno más acorde de 0.6 o 0.7 correspondiente al 60% y 70%
respectivamente…
Para calcular la Corriente Corregida simplemente se multiplica la I por el f.d. o
sea:
Ic=(I)(f.d.)
4. Con la Ic se busca el calibre del conductor en las tablas correspondientes,
dependiendo de la marca del fabricante y de si estará al aire libre (instalación
visible) o en tubo (instalación oculta).
Ejemplo. La carga total en una vivienda es de 4,200 Watts, resultado de sumar
cargas fijas monofásicas (dispositivos y aparatos eléctricos fijos que
funcionan a 127 Volts-ca) y tiene un factor de utilización o de demanda del
70%. Hallar el calibre de los alimentadores principales considerando que la
instalación será oculta.
Solución.
Paso 1. La Potencia total en este caso es de 4,200 Watts.
Paso 2. I = 4200/(127*0.9) = 36.74 Amp.
Paso 3. Ic = (36.74)(0.7) = 25.72 Amp.
Paso 4. En las tablas (para conductores CONOFLAM) se busca el calibre
apropiado que soporte 25.72 amperes en la instalación oculta, ahí podremos
observar que el calibre #12 puede conducir hasta 25 amperes.
Nota. Pueden utilizarse otras tablas, incluso las propias de la NOM-001-SEDEvigente y el resultado de la elección del conductor es el mismo calibre.
Criterios para elección del calibre: seguridad y economía.
A. Para un electricista común primero es la economía y luego la seguridad, por lo
que utilizaría calibre No. 12.
B. Para un técnico electricista primero es la seguridad y después la economía, por
lo que aumentaría un calibre a los conductores, evitando con ello también el
fenómeno de la caída de tensión. Por lo tanto elegiría el calibre No. 10 que
permite conducir hasta 40 Amperes.
Se desea calcular la instalación eléctrica de la casa habitación que se muestra en
la figura anexa
Referencias:
Becerril, D. (2005). Instalaciones Eléctricas prácticas
Turrubiates, V. (2009). Instalaciones Eléctricas. BUAP
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