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Instalaciones Electricas - Bratu 2edi

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http://gratislibrospdf.com/http://gratislibrospdf.com/INSTALACIONES ELECTRICAS CONCEPTOS BASICOS yDISEO http://gratislibrospdf.com/http://gratislibrospdf.com/INSTALACIONES ELECTRICAS CONCEPTOS BASICOS ,..., yDISENO 2a. Edicin Neagu Brau Serbn Eduardo Campeto Littlewood Profesores Titulares del Area Elctrica del Departamento de Energa,DivisindeCienciasBsicaseIngeniera,Unidad Azcapotzalco, Universidad Autnoma Metropolitana, Mxico. A. Alfaomega http://gratislibrospdf.com/1990,1992 Neagu Bratu Serbn, Eduardo Campero Littlewood Segunda edicin, Mxico,1995 Dcima reimpresin:Colombia, marzo 2006 1995ALFAOMEGA GRUPO EDITOR, S.A.de c.v. Pitgoras1139, Col.Del Valle, 03100, Mxico, D.F. Miembro dela Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Registro No. 2317 Reservados todoslosderechos.Prohibida su reproduccin parcial o total por Cualquier medio, mecnico, elctrico, de fotocopiado, trmico u otros sin Permiso expreso del editor. ISBN 970-15-0127-6 ISBN 958-68-2610-4 Impreso en Colombia - Printed in Colombia http://gratislibrospdf.com/PROLOGO A LA SEGUNDA EDICION En esta segunda edicin de INSTALACIONES ELECTRICAS, Con-ceptosBsicosyDiseosetuvoespecial~ u i d a d o deeliminarlos errorescometidosen la primera edicin.Ademsahora seincluye un captulo 12 titulado Costo yPosibilidades de Ahorro de Energa Elctrica,dondeseproporcionanelementosparaorientaralos lectoressobrelamaneraenquepuedenencontrarlaopcinde menor costo en el uso que le dan ala energa elctrica. Esto resulta importante no slo por elahorro que representa para losusuarios sino por el beneficio que tiene para la sociedad que est intentando hacerunusomsracionaldelosrecursosdelanaturalezay disminuir el ritmo con que se est contaminando el ambiente. Las demsaportaciones estn en el Apndice,donde seincluyun ejemplo de proyecto de instalacin elctrica y ms informacin para permitir alos ingenieros avanzar en la realizacin de proyectos en los que no tienen la informacin completa. LosautoresquierenagradecernuevamentelaayudadeCarolina Campero yJulia Vargasenlacaptura,procesamientodeltextoy diseo grfico de esta segunda edicin. http://gratislibrospdf.com/http://gratislibrospdf.com/PROLOGO Con este libro los autores tratan de facilitar la tarea del proyectista ypropiciar el entendimiento de los elementos que deben ser consi-deradosaldisearunainstalacinelctrica.Almismotiempo, intentan -que los conceptos expuestos cubran el tema de manera tal que ellibropueda utilizarse comotexto para alumnos decarreras de ingeniera. Sin embargo, no se incluyen expresiones o demostra-cionescomplicadas,conelfindevolverloaccesibleapersonasde nivel tcnico que se dediquen alasinstalaciones elctricas ycuyos conocimientos matemticos sean limitados. Esta obra cubre conceptos bsicos que no aparecen en los manuales deinstalacionesescritosenespaol,yalmismotiempoofrecela informacin suficientepara queellectornorequiera msquelas caractersticas de losequipos ylas normas para el diseo de insta-laciones. En la introduccin seplantean losobjetivosque debecumplir una instalacin elctrica y se propone una clasificacin para los diferen-testiposdeinstalaciones.Semencionantantolasnormasque proporcionan el marco legal para la especificacin y construccin de instalaciones, comoaqullas que pueden ser de gran ayuda para el ingenieroproyectista,aunqueno'sonobligatoriasenMxico.Se incluyen tambin aspectos sobre la vida de una instalacin, primor-dialmente del proceso de envejecimiento de los materiales aislantes. Por ltimo se habla de los elementos que influyen en la calidad del serVICIO. Con el fin de que el lector se familiarice con la terminologa emplea-da relativa a los elementos que constituyen una instalacin elctrica, en el segundo captulo se definen ydescriben tales elementos. En el tercer captul se incluye la metodologa para la especificacin del alumbrado de interiores calculado por el mtodo de lmenes. Se mencionantodoslosfactoresquepuedendisminuirelnivelde iluminacin yquedebenserconsideradosdesdeeldesarrollodel proyecto.SeprQporcionaelformatodeunahojadeclculoque facilita el clculo del alumbrado. La especificacin del alumbrado de http://gratislibrospdf.com/viii exteriores se desarrolla segn el mtodo punto por punto que utiliza la curva fotomtrica de las luminarias yse ilustra con un ejemplo. La determinacin de la carga de una instalacin elctrica se explica en elcuartocaptulo yseiniciaconelplantemiento para obtener una estimacin en la etapa del anteproyecto. Despus se propone la metodologa para una determinacin ms precisa segn se disponga de la informacin exacta delosequipos que sern alimentados.Se explican ampliamente lostrminos utilizados,talescomoel factor de demanda, y se incluye la determinacin de la influencia que sobre la carga tienen losequipos empleados con mayor frecuencia,como son los transformadores. Se mencionan tambin los elementos que deben considerarse para el clculo de la capacidad de una planta de emergencia. El captulo quinto contiene toda la informacin necesaria para que el lector pueda obtener la especificacin de los conductores y ductos deuna instalacin elctrica.Sedescriben las metodologaspara el clculo de la seccin de los conductores de acuerdo con los siguientes criterios:capacidaddeconduccindecorriente,cadadevoltaje permitida, tolerancia acorrientes decortocircuito ycalibres mni-mos para aplicaciones especficas.Se presenta tambin un anlisis detalladodelclculodela seccinpara alimentadores- concargas distribuidas, se incluye un diagrama deflujopara un programa de computadora y se resuelve un ejemplo. Para construir la instalacin se exponen las recomendaciones necesarias en cuanto ala especifi-cacindeductosytuberas.Unaaportacinimportantedeeste captulo es la inclusin del clculo de la fuerza de tiro en el proceso de cableado. El captulo sextoofreceuna presentacindidcticaquefacilitala comprensindelllamadofactordepotencia.Losautoresaportan una explicacin descriptiva del fenmenofsicocon la inclusin de unaanalogamecnica.Sehabladelapresenciadelfactorde potencia en las instalaciones elctricas, de sus efectos en los elemen-tos yequipos que la constituyen yde la necesidad de compensarlo. Se presenta un ejemplo de clculo para un banco de capacitores. En el captulo sptimo sobre tableros y centros de carga, se proponen criteriospara suespecificacin,indicandolosrequerimientosque deben ser cubiertos deacuerdocon lasseccionescorrespondientes http://gratislibrospdf.com/Prlogoix delasNormas TcnicasdeInstalaciones Elctricas(NTIE,1981). Entreotrosaspectossesealanlasventajasdelograrunbuen equilibrio en la distribucin de cargas en los circuitos y la importan-cia de una adecuada localizacin de los tableros ycentros de carga. El octavo captulo contiene la metodologa necesaria para el clculo de la corriente que circula cuando ocurre un cortocircuito en cual-quier elemento de la instalacin.Con esta metodologa se resuelve un ejemplo, en el que se calcula la corriente de falla en las barras de lostableroscuandosepresentauncortocircuitotrifsicoentres diferentes puntos de la instalacin. En elcaptulonovenosedescribenlasposiblesfallasquepueden presentarse, as como los criterios para la seleccin de las proteccio-nes adecuadas. Se pone nfasis en la necesidad de tener un sistema de protecciones coordinado, seguro yeconmico. En el dcimo captulo se proporciona la informacin necesaria para eldiseodeuna reddetierra,trabajoconsideradodifcil,pues se requiere del conocimiento cuantitativo y cualitativo de las fallas que pueden ocurrir en la instalacin. Por ltimo, en el captulo undcimo se consider importante abordar eltemadepruebasainstalacioneselctricas.Enlseintenta proporcionarunavisinglobaldeltipodepruebasalasquees recomendable someter las instalaciones elctricas. Tambin se pro-porcionainformacinespecficasobrepruebasquesondetipo tcnico yse hace referencia alas secciones de las Normas Tcnicas para InstalacionesElctricas,dondese establecen losvaloresque deben obtenerse. http://gratislibrospdf.com/http://gratislibrospdf.com/AGRADECIMIENTO Los autores quieren expresar su agradecimiento a todas las personas quedealgunaformaparticiparon en la concepcindel libro.Muy especialmenteaCarolinaCamperoquienasesoryayudenla captura de la informacin ya Julia Vargas quien ayudaresolver losproblemasdediseogrfico,incluyendolaportada.Ambas personas colaboraron tambin leyendo ycorrigiendo el texto. Mxico,D.F. http://gratislibrospdf.com/Captulo 1. Intrr1.Descripcii2.Objetivos d2.l.Seg2.2.Efil2.3. Ec(2.4.Fle2.5.ACI3.Clasificaci3.1.Niv3.2.Lu,4 .Cdigosyr"5.Especificar6 .Vida de un6.1.Prc6.2. Ma6.3.Ma6.4.Me7.Factores di7.l.COi"7.2. Re:!I7.3.CoiI7.4.Co"7.5.DeCaptulo 2. Elel1.Acometida2.Equipo de1 13.Interrupto113.1.Int3.2.Int3.3. Int4 .Arrancadc5.Transform6.Tableros.116.1. Ta6.2.o6.3.Ta7.Motores y8 .Estacionehttp://gratislibrospdf.com/CONTENIDO Captulo 1. Introduccin a las Instalaciones Elctricas. 1.Descripcin...... . 2.Objetivos de una instalacin. 2.1.Seguridad. 2.2.Eficiencia. 2.3.Economa. 2.4.Flexibilidad. 2.5.Accesibilidad. .1 .1 3.Clasificacin de instalaciones elctricas............. 2 3.1.Nivelde voltaje. 3.2.Lugar de instalacin. 4.Cdigos y normas. 5.Especificaciones..... 6.Vida de una instalacin elctrica. 6.1.Proyecto y construccin. 6.2.Materiales aislantes. 6.3.Mantenimiento. 6.4.Medio ambiente. .3 .4 .4 7.Factores de calidad de servicio................. 6 7.1.Continuidad del servicio. 7.2.Regulacin de voltaje. 7.3.Control de la frecuencia. 7.4.Contenido de armnicas. 7.5.Desbalance del voltaje. Captulo 2. Elementos que Constituyen una Instalacin Elctrica. 1.Acometida..11 2.Equipo de medicin..11 3.Interruptores..11 3.1.Interruptor general. 3.2.Interruptor derivado. 3.3.Interruptor termomagntico. 4.Arrancador..13 5.Transformador..14 6.Tableros..14 6.1.Tablero general. 6.2.Centros de control de motores. 6.3.Tableros de distribucin o derivados. 7.Motores y equipos accionados por motores..15 8.Estaciones o puntos de control..15 http://gratislibrospdf.com/xivContenido 9.Salidas para alumbrado y contactos. 10.Plantas de emergencia...... 11.Tierra o neutro en una instalacin elctrica. 12.Interconexin....... . 13.Simbologa............. . 13.1.Elementos de circuitos. 13.2.Subestaciones, tierras y pararrayos. 13.3.Operacin, proteccin y control. 13.4.Alumbrado y contactos. 13.5.Ductera y alimentadores. 13.6.Instrumentos. Captulo 3. Especificacin y Clculo de Alumbrado. 15 16 16 18 19 1.Alumbrado de interiores...............27 2.Mtodo de clculo de los lmenes... ........27 2.1.Determinacin del nivel de iluminacin requerido. 2.2.Determinacin del coeficiente de utilizacin (CU). 2.3.Determinacin del factor de prdidas totales (FPT). 2.4.Clculo del nmero de luminarias. 2.5.Determinacin del acomodo de las luminarias. 2.6.Ejemplo de clculo. 3.Mtodo punto por punto para alumbrado de exteriores...... 38 3.1.Curvas isolux. 3.2.Subdivisin de la superficie en reas elementales. 3.3.Ejemplo de clculo. 4.Alimentacin y control.................... 45 4.1.Apagador de dos vas(tipo escalera). 4.2.Control de encendido temporal. 4.3.Control de la intensidad luminosa. 4.4.Control automtico por fotocelda. 4.5.Apagador de tres Vas. Anexo A. Tablas. Captulo 4.Determinacin de la Carga de una Instalacin Elctrica. 48 53 1.Estimacin de carga por similitud.......... . .... 75 1.1.Carga de los equipos relacionados con el tipo de usuario. 1.2.Carga de alumbrado para diferentes tipos de usuarios. 2.Clculo analtico.......................76 2.1.Carga o potencia instalada. 2.2.Demanda mxima. 2.3.Factor de demanda. 3.Determinacin de carga para equipos especficos........ 77 http://gratislibrospdf.com/Contenidoxv 3.1.Carga de transformadores. 3.2.Carga de alimentadores. 3.3.Carga en plantas de emergencia. 3.4.Carga en bancos de capacitores. Tablas..............81 Captulo 5. Clculo y Especificacin de Conductores Elctricos. 1.Criterios para el clculo de conductores......85 1.1.Capacidad de conduccin de corriente. 1.2.Cada de voltaje. 1.3.Prdidas por efecto Joule. 1.4.Capacidad para soportar la corriente de cortocircuito. 1.5.Calibre mnimo permitido. 1.6.Fuerza de tiro en el proceso de cableado. 1.7.Diferencia de secciones. 2.Clculo de alimentadores con cargas distribuidas.........92 2.1.Densidad de corriente constante. 2.2.Seccin constante en todo el alimentador. 2.3.Ejemplo de clculo. 3.Clculo de alimentadores por computadora....... 4.Ductos y tuberas................. . 4.1.Clculo y especificacin de tuberas y ducto cuadrado. 4.2.Arreglos en charolas. .98 .98 Tablas....... . .................. 100 Captulo 6. El Factor de Potencia. 1.El capacitor. 2.La inductancia. 3.Potencia act\va. 4.Potencia reactiva. 5.Potencia aparente. 6.Analoga mecnica. 7.Definicin del factor de potencia..\ ~ . 8.Consecuencias de un factor de potencia bajo. 8.1.Incremento de prdidas en las lneas de transmisin o distribucin. 8.2.Deficiente regulacin de voltaje. 8.3.Inversin inicial alta. 8.4.Penalizaciones por bajo factor de potencia. 9.Compensacin del factor de potencia. 10.Ubicacin de los capacitores......... . 107 108 108 109 109 109 110 111 113 114 http://gratislibrospdf.com/xviContenido Captulo 7. Criterios para la Especificacin de Centros deCarga. 1.Tablero de circuitos derivados............ 117 2.Centro de carga con derivaciones individuales en caja..117 3.Centro de carga a prueba de explosin..117 4.Centro de control de motores..118 5.Tableros generales..........118 6.Distribucin de la carga por tableros..119 7.Distribucin de la carga por circuitos..120 8.Localizacin de los centros de carga..121 9.Ejemplo de especificacin de un tablero de alumbrado y contactos.122 10.Ejemplo de especificacin de un centro de control de motores.. 124 Anexos... . ...... .. ....... .. . . . . .. 126 Captulo 8. Clculo de la Corriente de Cortocircuito. 1.Proteccin contra cortocircuito......... . ..... .130 2.Fuentes alimentadoras de corrientes de falla......... .130 3.Ideas fundamentales en el clculo de la corriente de cortocircuito..131 3.1.Fallas trifsicas equilibradas. 3.2.Relacin entre reactancia y resistencia. 3.3.Componente de coriente directa. 3.4.Restricciones implcitas y correcciones necesarias. 4.Metodologa para el clculo de la corriente de corto circuito.... 134 4.1.Diagrama unifilar y de impedancias. 4.2.Reactancias en por unidad. 4.3.Clculo de la impedancia o reactancia equivalente. 4.4.Clculo de la corriente de cortocircuito. 5.Impedancias o reactancias tpicas de elementos de una instalacin.138 5.1.Mquinas elctricas rotatorias. 5.2.Elementos de impedancia o reactancia constante. 5.3.Reactancia inductiva de los conductores. 5.4.Reactancia equivalente de la red de alimentacin. 5.5.Resistencias de magnitud considerable. 6.Ejemplos de clculo.. ... . . . . . .. ... .. 144 6.1.Clculo de la corriente de fallaentensin media. 7.Conclusiones. Tablas........ . ..... . .. . .. .. .156 . 158 http://gratislibrospdf.com/Contenidoxvii Captulo 9.Fallas y Protecciones Elctricas. 1.Voltajes peligrosos..................... 161 1.1.Sobrevoltajes de origen atmosfrico. 1.2.Sobrevoltajes por maniobras de conexin y desconexin. 1.3.Voltajes peligrosos por falla de aislamiento. 1.4.Voltajes provocados por friccin. 1.5.Ondas de voltaje en sistemas de tierra. 1.6.Voltaje de paso. 2.Cortocircuito..........165 3.Sobrecargas..........165 3.1.Sobredemanda de potencia. 3.2.Sobrecargas por deficiencias del alimentador o del equipo. 4.Altas temperaturas.........166 5.Operacin en reas peligrosas.167 6.Uso inadecuado de la energa elctrica.167 6.1.Inyeccin de armnicas a la red. 6.2.Eliminacin de protecciones. 6.3.Uso inadecuado de extensiones. 6.4.Operacin y mantenimiento deficientes. 7.Inversin de la secuencia de fases.168 8.Prdida de excitacin.169 9.Cargas desequilibradas.169 10.Medidas de seguridad.169 10.1.Conexin a tierra. 10.2.Apartarrayos. 10.3.Sistema de pararrayos. 10.4.Neutro aislado. 10.5.Distancias mnimas de seguridad. 10.6.Bloqueos cruzados o interlocks. 10.7.Desenergizacin automtica. 10.8.Conexin automtica a tierra. 11.Dispositivos de proteccin..............173 11.1.Caractersticas de un sistema de proteq:in. 11.2.Calibracin. 11.3.Fusibles. 11.4.Interruptores termomagnticos. 11.5.Relevadores trmicos o bimetales. 11.6.Relevadores electromagilticos. 11.7.Relevador de presin sbita. 12.Interruptores de potencia.................. 183 1 2 . ~ . Interruptor en aceite. 12.2.Interruptor en pequeo volumen de aceite. 12.3.Interruptor en aire para bajo voltaje. 12.4.Interruptor con fusibles. 12.5.Interruptor de seguridad. 12.6.Interruptor de tres vas o doble tiro. 12.7.Restauradores. http://gratislibrospdf.com/xviiiContenido Captulo 10. Sistema de Tierras. 1.El concepto de resistencia a tierra........... 187. 1.1.Valores aceptables 1.2.Clculo de la resistencia a tierra. 2.Tratamiento del suelo. Tablas....... Captulo 11. Pruebas para las Instalaciones Elctricas. 1.Inspeccin visual.... 2.Pruebas de operacin.. 3.Pruebas de aislamiento. 3.1.Prueba de aislamiento con megger. 3.2.Elcmplo de anlisis de prueba con megger. 3.3.Prueba de voltaje aplicado. 4.Otras pruebas. Tablas.......... . Captulo 12. Costo y Posibilidades de Ahorro de Energa Elctrica 1.Introduccin... 2.Costo y tarifas 3.Factor de demanda 4.Factor de prdidas 5.Beneficio del control de la demanda horaria 5.1.Pago por servicio elctrico. 5.2.Prdidas .190 .191 .193 .193 .194 .197 .198 .199 .199 .200 .202 .202 6.Beneficios del uso eficiente de la energa elctrica........204 6.1.Transformador y conductor econmico. 6.2.Iluminacin, aire acondicionado y motores. 7.Diagnstico de una instalacin elctrica Tabla................. . Apndice: Frmulas Bsicas y Valores Tpicos 1.Ley general de Ohm........ . 2.Clculo de corriente en alimentadores. 3.Potencia en circuitos trifsicos desequilibrados. 4.Corriente en transformador de dos voltajes de salida. .207 .208 .209 .209 .210 .210 http://gratislibrospdf.com/5.Corriente en motores trifsicos 6.Corriente en motores monofsicos.......... 7.Corriente en conexiones especiales........ . 8.Fuerza entre dos conductores rectos de seccin circular. 9.Informacin para la instalacin de motores trifsicos tipo jaula de ardilla............. . 10.Ejemplo de proyecto de una instalacin elctrica.... Contenidoxix 212 213 214 215 216 217 Bibliografa......................... 227 http://gratislibrospdf.com/1,'1:1111CA P, 111,111111,LAS n1 . Descripcin.1,1",Se le llama instala'1111distribuir la energ1111utilizan.Entre estbancos de capacircables,conexionesLas instalaciones tductos o tubos), o'techos o pisos).,,11112. Objetivos de IIU na instalacin dde una manera seg2.1 . Seguridad." .Una instalacin se11',IIII!Ilos equipos que ali" llti ,1,Existenmuchos e1 11dill'trabajan cerca de lpartes metlicas qpuerta de untableide tarimas de madelementos que imrll,iIEn relacin conlai1111,1para determinarleIjllllequipo que represdeber limitarse la2.2. Eficiencia.El diseo de unainnecesarios, yaselidad para deseanutilizando.http://gratislibrospdf.com/CAPITULO 1.INTRODUCCION A LASINSTALACIONES ELECTRICAS 1.Descripcin. Se lellamainstalacin elctrica alconjunto de elementos que permiten transportar y distribuirlaenergaelctricadesdeelpuntodesuministrohastalosequiposquela utilizan.Entreestoselementosse incluyen:tableros,interruptores,transformadores, bancosdecapacitores,dispositivossensores,dispositivosdecontrollocaloremoto, cables, conexiones, contactos, canalizaciones y soportes. Las instalaciones elctricaspueden ser abiertas(conductores visibles),aparentes(en ductos o tubos),ocultas (dentro de pneles o falsosplafones), o ahogadas (en muros, techos o pisos). 2.Objetivos de unainstalacin. Una instalacin elctrica debe distribuir laenerga elctrica a los equipos conectados de una manera segura y eficiente. Adems debe ser econmica, flexible y de fcil acceso. 2.1. Seguridad. Una instalacin segura es aqulla que no representa riesgospara los usuarios nipara los equipos que alimenta o que estn cerca. Existenmuchoselementosquepuedenutilizarseparaprotegeralaspersonasque trabajan cerca de una instalacin elctrica, entre otros: la conexin a tierra de todas las partes metlicas que estn accesibles,la inclusin de mecanismos que impidan que la puerta de un tablero pueda abrirse mientras ste se encuentre energizado, la colocacin de tarimas de madera y hule en los lugares donde se operen interruptores y,en general, elementos que impidan el paso (letreros, candados,alambradas,etc.). En relacin con la seguridad de los equipos, debe hacerse un anlisis tcnico-econmico para determinar la inversin en protecciones para cada equipo. Por ejemplo,para un equipo que represente una parte importante de la instalacin y que sea muy costoso no deber limitarse la inversin en protecciones. 2.2.Eficiencia. Eldiseodeunainstalacindebehacersecuidadosamenteparaevitarconsumos innecesarios, ya sea por prdidas en los elementos que la constituyen o por la imposibi-lidadpara desconectar equipos osecciones dealumbradomientras stosnoseestn utilizando. http://gratislibrospdf.com/2Introduccin a las Instalaciones Elctricas 2.3.Economa. Los proyectos de ingeniera tienen que considerar las implicaciones econmicas. Esto quiere decir que el ingeniero, frente a cualquier proyecto, debe pensar en su realizacin conlamenorinversinposible.Hipotticamentehablando,lamejorsolucinaun problemadeinstalacioneselctricasdeberasernica:laideal.Enlarealidadel ingeniero proyectista requiere de habilidad y tiempo para acercarse a esa solucin 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. 2.4.Flexibilidad. Se entiende por instalacin flexibleaqulla que puede adaptarse a pequeos cambios. Porejemplo,unainstalacinaparenteentubosmetlicosocharolasesmuchoms flexibleque una instalacin ahogada en el piso. 2.5. Accesibilidad. Unainstalacinbiendiseadadebetenerlasprevisionesnecesariaspara permitirel accesoatodasaquellaspartesquepuedenrequerirmantenimiento.Porejemplo, espaciospara montar y desmontar equipos grandes y pasillos en la parte posterior de los tableros, entre otros. Tambinseentiende por accesibilidadelquesecuentecontodosloselementosque permitan entender el diseo de la instalacin, es decir, la especificacin completa y todos los planos y diagramas necesarios. 3.Clasificacin de instalaciones elctricas. Las instalaciones elctricas se clasifican de diferentes formas. A continuacin se detallan lasrelativas alnivelde voltaje y alambientedellugardeinstalacin,aunquepodran sealarse otras:por su duracin(temporales y definitivas),por su modode operacin (normal y de emergencia) o por su construccin (abierta, aparente y oculta). 3.1.Nivel de voltaje. De acuerdo con el nivel de voltaje se pueden tener los siguientes tipos de instalacin: a)Instalaciones no peligrosas. Cuando su voltaje es igualo menor que 12 volts. b) Instalaciones de baja tensin.Cuando el voltaje con respecto a tierra noexcede 750 volts. c)Instalacin de media tensin. Aunque no existen lmites precisos, podra considerarse un rangoentre1000y 15000 volts;sinembargo, algunosautores incluyentodos los equipos hasta de 34 kV. En media tensin es muy comn encontrar instalaciones con motores de ms de 200 hp que operan con un voltaje de 4160 V entre fases y 2400 V entre fasey neutro. http://gratislibrospdf.com/Introduccin a las Instalaciones Elctricas3 d)Instalaciones de alta tensin.Cuando los voltajes son superiores a losmencionados anteriormente. 3.2. Lugar de instalacin. Las instalaciones elctricas tambin pueden clasificarse en normales y especiales, segn el lugar donde se ubiquen: a)Lasinstalacionesnormalespuedenserinterioresoexteriores.Lasqueestnala intemperie deben tener los accesorios necesarios (cubiertas, empaques y sellos) para evitar la penetracin del agua de lluvia an en condiciones de tormenta. b) Seconsideraninstalacionesespecialesaqullasqueseencuentranenreascon ambientepeligroso,excesivamentehmedoocongrandes cantidadesdepolvono combustible. En lugares muy hmedos debe asegurarse una buena proteccin contra la corrosin y los aislantes deben ser del tipo adecuado para esas condiciones. En los casos donde existenpolvos nocombustibles, deben utilizarsemediospara evitarlaacumulacin dedichopolvo(extractoresy/ocubiertas),dadoquepuedeimpedirlaoperacin normal de la instalacin, ya sea dificultando la disipacin del calor y/o produciendo trayectorias indeseables de corriente. Para el diseode instalaciones en ambientes peligrosos se recomienda consultar el captulo 5 de las NTIE (1981). 4.Cdigos y normas. El diseo de instalaciones elctricas debe hacerse dentro de un marco legal.Un buen proyectodeingenieraesunarespuestatcnicayeconmicamenteadecuada,que respeta los requerimientos de las normas y cdigos aplicables. En Mxico las NTIE (Normas Tcnicaspara Instalaciones Elctricas,1981), editadas porlaDireccinGeneraldeNormas,constituyenelmarcolegalparaelproyectoy construccin de instalciones. Estas normas son generales y no pueden cubrir todo. En ciertostiposdeinstalacionespuedenestablecerseespecificacionesqueaumentenla seguridad o la vida de los equipos y que estn por arriba de las normas. Existen otras normas, que no son obligatorias pero que son el resultado de experiencia acumuladayquepor lotantopueden .servirdeapoyoalosproyectistasenaspectos especficos no cubiertos por las NTIE (1981): a)El NEC (National Electrical Code Cdigo Nacional Elctrico de Estados Unidos de Norteamrica) que por ser una norma ms detallada puede ser muy til en algunas aplicaciones especficas. b)ElLPC(LightningProtectionCodeoCdigodeProteccionesContra Descargas AtmosfricasdelosEstadosUnidosdeNorteamrica),queesuncaptulodelas normas de laNFPA (NationalFire Protection Association). Los proyectistas mexi-http://gratislibrospdf.com/4Introduccin a las Instalaciones Elctricas canos se apoyan mucho en este cdigo debido a que las NTIE tratan el tema con muy poca profundidad. Existen normas para la fabricacin de equipo elctrico que tambin deben ser conside-radas por el proyectista yaque proporcionan informacin relativa a las caractersticas del equipo, as como los requisitos para su instalacin. c)En Mxicotodo elequipo elctricodebecumplir lasnormas CCONNIE(Comit Consultivo Nacional de Normalizacin de la Industria Elctrica). d)Losequiposimportadosdebencumplircon lasnormasnacionales,pero conviene conocer las normas del pas de origen. El equipo elctrico importado de EUA est fabricadode acuerdo conlasnormasNEMA (NationalElectricalManufacturers Association Asociacin Nacional de Fabricantes de Equipo Elctrico de Estados Unidos de Amrica). 5.Especificaciones. Se conoce como especificaciones al conjunto de dimensiones y caractersticas tcnicas que defmen completamente a una instalacin y a todos los elementos que la componen. Las especificaciones deben cumplir con las normas respectivas y no deben dar lugar a confusiones o a interpretaciones mltiples. En una instalacinelctrica, las especificaciones deben contemplar los objetivos para los que fuepropuesta. Debido a que las normas son de carcter general, las especifica-cionespuedensermsexigentes,yaquesetratadeunobjetivodeterminado.Por ejemplo, las NTIE (1981) indican como calibre mnimo para instalaciones de alumbrado elNo.14,mientrasquePetrleosMexicanosexigequeelcalibremnimoparael alumbrado desusinstalacionessea elNo.12.De esta formaesque sepueden crear normas especficas para ciertos equipos, objetivos o aplicaciones. Hay usuarios que quieren que su instalacin sea diseada con factores de seguridad muy altos:que nunca falle.Sin embargo, debe procurarse convencerlos de que es suficiente con aplicar correctamente las normas y tomar las previsiones adecuadas. 6. Vida de una instalacin elctrica. Es fcilentender que la vidade una instalacin es eltiempo que transcurredesde su construccin hasta que se vuelve inservible;conocer esta informacin resulta muytil porque permite saber cunto durar la inversin. Sin embargo, es complejo precisar la vida de una instalacin ya que influyen muchos factores. Entre otros estn: el proyecto, la ejecucin, las condiciones de uso, el mantenimiento y el medio ambiente. 6.1.Proyecto y construccin. Es indudablequelavidadeuna instalacinsealargacuandoelproyecto contempla previsionesadecuadaspara posiblesampliacioneseincluyeunsistemaconfiablede protecciones. http://gratislibrospdf.com/Introduccin a las Instalaciones Elctricas5 Por otra parte, despus de un buen proyecto se requiere de una construccin correcta (deacuerdoconlasespecificacionesdelproyecto),queimpidaquelainstalacinse vuelva inservible prematuramente. Una instalacin oculta protege mejor los materiales y portantotienemayorduracinqueunavisible,peroestaltimaesmsaccesible cuando se presenta la necesidad de hacer modificaciones. Toda instalacin se ejecuta conforme a un proyecto y cualquier modificacin debe estar asentada en los planos para mantenerlos vigentes; de lo contrario resultar cada vez ms difcil localizar el origen de los problemas que se presenten. De hecho puede presentarse elcasoqueresultenecesariodesecharporcompletounainstalacinquehasufrido modificaciones que no han sido registradas por escrito. 6.2.Materiales aislantes. Aunqueloselementosarribacitadostienenimpactosobrelavidadelainstalacin, normalmente se entiende que la duracin depende del envejecimiento de los materiales utilizados,principalmentedelosmaterialesaislantes. Estosltimosseutilizancomo forrosdeconductores,cintasdeaislar,soportesdevariasclasesytipos,cubiertas protectoras y barnices. Los materiales aislantes se clasifican en funcin del grado de estabilidad trmica.Para ello sedefineeltrminoclasedeaislamientoque se refiere ala temperatura mxima quepuede soportar elmaterial antesde que sepresenten cambios irreversibles en su estructura molecular. La mayora de losaislantes son de naturaleza orgnica y su vida depende del nmero de recombinaciones moleculares irreversibles, de naturaleza qu-mica, que se producen en funcin del tiempo y de la temperatura. De formaaproximada sepuede decir que la vida delaislamiento se reduce a la mitad por cada 7 u 8 oCde temperatura por encima desunivel de estabilidad trmica.En la figura No.1.1. se presenta en una grfica logartmica la vida del aislamiento en funcin de latemperatura (tomada de P. Allen, 1972). Lassobrecargaselctricasproducenalzasdetemperaturaquedeacuerdoconlo mencionado anteriormente tienen un efecto directo en la vida de los materiales aislantes. Las sobrecargas pueden entenderse como demandas de energa mayores a las de diseo, o como cortocircuitos acumulados. temperatura \ L-______________ horas Figura 1.1.Vida de un aislamiento http://gratislibrospdf.com/6Introduccin a las Instalaciones Elctricas 6.3.Mantenimiento. Respecto al mantenimiento se puede decir que las instalaciones sencillas prcticamente no lo requieren mientras no haya modificaciones o mal trato. En aquellas instalaciones donde s se requiere consiste, bsicamente, en limpieza, renovacin de pintura, apriete deuniones,ajustedecontactosyrevisindeloselementosdeproteccin.Enlos transformadores es muy importante revisar peridicamente las caractersticas dielctri-casdelaceite;enmotoresygeneradores,mantenerengrasadoslosrodamientosy cambiar carbones cuando sea necesario. Por otra parte debe protegerse a los equipos contra los malos tratos que, por ignorancia o descuido, puedan darle los operarios. Es claro que un mantenimiento adecuado y el buen trato alargan la vida de una instalacin. Los motores, as como otros equipos elctricos caracterizados por movimientos mec-nicos y/oelementos decontactoelectromecnico,tienen una vidabastante mscorta que las instalaciones entubadas fijas. 6.4.Medio ambiente. El medio ambiente donde se encuentra una instalacin tiene una influencia importante enla vida de sta.Las condiciones de humedad,salinidad y contaminacin deben ser consideradas en el proyecto. Amanera de conclusin sepuede decir queuna instalacin elctrica producto de un buen proyecto,deunabuenaconstruccin y conelmantenimientoadecuado,puede durar tanto como el inmueble donde presta el servicio. Segn W.B. Baasel (1976) la vida til es de: 45 aos para viviendas, 60 aos para almacenes, 45 aos para fbricas, 30 aos para lneas de transmisin y distribucin, y 12 aos para equipos elctricos. Sin embargo debe realizarse una revisin peridica y renovarse aquellos elementos que se consideren inseguros. Por otra parte, se recomienda que cuando una industria o comercio cambie de giro se revise y modifique la instalacin, o se sustituya totalmente de acuerdo con las necesidades especficas. 7.Factores de Calidad de Servicio. La compaa suministradora de energa elctrica debe garantizar un servicio que cumpla Conciertosrequerimientosmnimos,detalformaquelosusuariospuedantenerla certeza de que sus equipos no sufrirn daos y funcionarn correctamente. 7.1. Continuidad del Servicio. El consumo de la energa elctrica ha adquirido tal importancia en la sociedad moderna, queunainterrupcindelserviciopuedecausartrastornosimportantesyprdidas econmicas cuantiosas. Por esta razn la preocupacin primordial del responsable del suministro es evitar interrupciones; an as algunos usuarios requieren de la instalacin de plantas elctricas para cubrir emergencias. http://gratislibrospdf.com/Introduccin a lasInstalaciones Elctricas7 7.2.Regulacin de Voltaje. Los artefactos que utilizan la energa elctrica estn diseados para operar a un volt aje especfico y su funcionamiento ser satisfactorio siempre que el voltaje aplicado no vare ms all de ciertos lmites. Existen equipos sensibles a las variaciones de voltaje, entre otrosestn: lmparasincandescentes,lmparasfluorescentes,equiposelectrnicos y calefactores de resistencia.Losmotoresdeinduccinsonmenossensibles,y pueden operar (con algunas consecuencias) con voltajes de 10% arriba o abajo del valor nominal. En algunos casos la compaa suministradora tiene sistemas de regulacin automtica devoltaje,yaseacontransformadoresprovistosconcambiadoresautomticosde derivaciones(que modifican larelacin detransformacin)omediante laconexin y desconexin de bancos de capacitadores. En laregulacin de voltaje deben cuidarse dos aspectos: a)Tener las previsiones necesarias para las cadas de voltaje del suministro. En ocasio-nes resulta indispensable la instalacin de reguladores automticos de voltaje, aunque normalmente esfactiblecompensarlas cambiando(manualmente)lasderivaciones delostransformadoresque,por logeneral,permiten variarelvoltajedesalida en escalones de 2.5%. b)Disearlosconductoresdelainstalacinparaquelaltimasalidadeuncircuito derivadonosobrepaselacadadevoltajede5%permitidaenlasnormas.Una variacinde5%delvoltajenominalenlospuntosdeutilizacinseconsidera satisfactoria; una variacin de 10% se considera tolerable (J. Viqueira, 1970). El problema de laregulacin de voltaje no estrivial, ya que requiere de gran habilidad del tcnico para obtener un diseo que contemple dos situaciones diferentes: la primera cuando todas las cargas demanden su potencia nominal (hora pico de carga) y la segunda cuando la carga conectada es mnima. Debido a su importancia, este tema ser nueva-mente tratado ms adelante. 7.3.Control de laFrecuencia. Los sistemas de energa elctrica operan con ondas de una frecuencia(ciclos/segundo) determinada, dentro de cierta tolerancia. No existe un estndar internacional respecto alafrecuencia;lospasesdeEuropa,lamayorpartedeAsiay Africay algunosde Sudamrica han adoptado una frecuenciade50Hertz (o ciclos/seg). En Amrica del Norte y otros pases del continenteamericano lossistemas elctricos operan a 60Hz. Mxico,aligualquealgunosotrospases,tenazonascondiferentefrecuencia,pero desde 1969 se unific a 60 Hz. En algunos sistemas elctricos de transporte terrestre se emplean frecuencias de 16 2/3 Hz y 25Hz. En cambio,enaeronaveslosgeneradores .sonde400Hz.Elproblema consiste en que, para la misma unidd de fierro magntico, la potencia crece proporcio-nalmente con la frecuencia,pero al mismo tiempo aparecen los siguientes efectos: http://gratislibrospdf.com/8Introduccin a las Instalaciones Elctricas a)Las prdidas en el material magnticoaumentan:unaparte en proporcin directa con la frecuencia (prdidas por histresis), y otra parte de acuerdo con el cuadrado de la frecuencia (corrientes parsitas). b) Lareactanciadedispersinenlasmquinasy lneasdetransmisinaumentaen proporcin con la frecuencia. c)Lareactanciacapacitivaentrelneasdetransmisinsereduceenproporcinal incremento de la frecuencia. d)En lneas de transmisin largas puede presentarse el fenmeno de resonancia (debido a los dos incisos anteriores). e)La interferencia en lneas telefnicas cercanas aumenta con la frecuencia. Todos los elementos diseados para operar a cierta frecuencia pueden verse afectados porlavariacindesteparmetro.Dehecho,unaredelctricanopuedetener variacionesdemsde1%en sufrecuenciaporque susplantas generadoraspueden salirsedesincronismo.Esterangodevariacinesperfectamenteaceptablepara los consumidores. Un caso especial se presenta cuando se sustituye la alimentacin normal por la planta de emergencia, ya que en sta la frecuencia tiene unrango de oscilacin ms amplio. 7.4.Contenido de Armnicas. Las ondas de voltaje que produce una planta generadora en una red elctrica son muy cercanas a una senoide. Para lograr que un generador sncrono produzca ondas senoi-dales se requiere de un diseo muy cuidadoso y complicado. Dependiendo del tipo de rotor, estas ondas se obtienen con cierto acomodo del devanado de campo o mediante un diseo especial de la forma de los polos. A pesar de la dificultad para generarlas, las ondas senoidales se utilizan porque tienen la propiedad de conservar su forma a todo lo largo de la red. Esto sucede aunque la red tenga componentes cuyas propiedades fsicassean equivalentes a la derivacino inte-gracin de la funcin que representa la onda de entrada. En otras palabras, la ventaja ms importante de las ondas senoidales esque son funcionescuya integral o derivada es otra senoide defasada en el tiempo. De acuerdo con Fourier cualquier funcin peridica puede representarse mediante una serie inftnita de funciones senoidales. Esta serie contiene un trmino que es de la misma frecuencia que la funcin original, que se le llama componente fundamental. El resto de lostrminosseconocencomoarmnicasporquesufrecuenciaesmltiplodela frecuenciafundamental.Deestamanerasepuedeconsiderarqueunaondaest descompuesta en componente fundamental y armnicas. Las funciones peridicas que poseen simetra demediaonda,que eselcaso de lasondasen sistemas elctricos de potencia, slo contienen armnicas impares. Las ondas de voltaje que se reciben de la empresa suministradora son imperfectas. Es to se debe a que desde sugeneracin tienen pequeos defectos o a que algunos compo-http://gratislibrospdf.com/Introduccin a las Instalaciones Elctricas9 nentesdelaredrespondendeunamaneranolineal.Porejemplo,sielvalordela induccin magntica en elncleode un tran.sformadorest cerca de la saturacin, la corriente de magnetizacin puede propiciar la aparicin de armnicas. Entre mayor se a el contenido de armnicas de una onda, mayor ser su desviacin de la forma senoidal. Apesar de loanterior, el contenido de armnicasproducido por loselementos de un sistemadepotenciatradicionaltodavanoesmuygrande,yelproblemanoestan importante. Sin embargo, amedida que crezca elnmero de equipos con dispositivos deelectrnicadepotencia,aumentarelcontenidodearmnicasenlaredyser necesario instalar filtros que las eliminen. Un motor de corriente directa alimentado por corriente alterna trifsica a travs deun rectificador de onda completa,cuyocontrol de voltajese logra variando el ngulode encendido de tiristores, consume una corriente que dista mucho de una senoide. Esta corriente puede causar problemas al sistema, a los osos usuarios y a las transmisiones telefnicas y radiofnicas. Este es el caso de la maquinaria utilizada en las fbricas de papel o en lasplantas de purificacin de aluminio. Se puede decir que estos consumi-. dores contaminan el sistema con sus armnicas. Elcontenidodeunaarmnicadeciertoordensepuedeexpresarenfuncindel por ciento quesuamplitudrepresenta comparadacon laamplitud delacomponente fundamental.Paracuantificarelcontenidodevariasarmnicassecalculalaraz cuadrada de la suma de los cuadrados de sus amplitudes y se expresa como porciento de la amplitud de la onda de frecuencia fundamental. Las armnicas de orden inferior (3,5, 7,11 Y 13)tienen mayor impacto en el aumento de prdidas en las mquinas elctricas, y por lo tanto provocan sobrecalentamiento. Las armnicas de orden superior (arriba de 20 y hasta 50) causan interferencias en las lneas de telfono y en las ondas de radio. 7.5.Desbalance delvoltaje. En la actualidad la generacin y transmisin de la energa elctrica se hace en tres fases. Estosedebealasventajaseconmicasqueunsistematrifsicotienefrenteauno monofsico(unasolafase).Deestamanerasegenerantresvoltajesdelamisma magnitud defasados 120 en el tiempo, lo que constituye un sistema equilibrado. Las cargas trifsicas producen corrientes de la misma magnitud en lastres fases.Este noesel caso de lascargas monofsicasque pueden producir desequilibriosentre las corrientes que circulan por las lneas. Estas cargas que desequilibran el sistema pueden provocar que los voltajes yano sean iguales en magnitud, y que los ngulos entre ellos cambien. A este fenmeno se le conoce como desbalanceo de voltaje. Un sistema desbalanceado puede ser causa de sobrecalentamiento en los generadores y crear problemas en los equipos de los consumidores (especialmente motores sncro-nos). Por esta razn las compaas responsables delsuministro limitan alosconsumi -dores para que eviten que el desbalanceo de sus cargas vaya ms all de un 5%. http://gratislibrospdf.com/1 0 Introduccin a las Instalaciones Elctricas1I1 uuu ,:,1111! 1lil1111! :lllilPara el estudio de un sistema trifsico desequilibrado se utiliza la teora de las eompo-nentes simtricas, que proporciona las herramientas necesarias para descomponerlo entres sistemas equilibrados denominados: secuencia directa, secuencia inversa y secuen-cia cero u homopolar.CA PCONS\ 1111En este captulo se" encontrados en unIIIII;I!terminologa y los,11, 1111'IIU'Dicha descripcin1111de los elementos e1111definiciones cante],1981),sobre todoembargo, no se prenaciones o arregloplanos de instalacn1.Acomet i da.Por acometidaseede la compaa surtambin puede enticon la red elctrica11111,1111: 1 1 1 1 !lliiEn las terminales d" 1!I: II,proteger la instale1 " 1 .: atmosfrico o por IIIIII'II1 1 1 1,::"2. Equi po de mePor equipo de me,11111111111que se coloca enLconsumode energi,.venta. Este equipo11,1,1" '11 colocado en unlug1111111111tlll.El equipo de medi,11:1,11que la compaaSIItll."la calibracin corr.3. Int errupt ores.1111,1" " ,Un interruptor eselctrico por el Cldesconexino concubrir la funcin dhttp://gratislibrospdf.com/CAPITULO 2.ELEMENTOS QUE CONSTITUYENUNA INSTALACION ELECTRICA En este captulo se presenta una descripcin general de los elementos ms comnmente encontrados enunainstalacinelctrica.Laintencinesfamiliarizarallectorconla terminologa y los conceptos que sern utilizados en los captulos siguientes. Dicha descripcin incluye tanto las funciones como las caractersticas ms importantes deloselementosdelasinstalacioneselctricas.Losautorescomentan y amplanlas definicionescontenidasenlasNormasTcnicaspara InstalacionesElctricas(NTlE 1981),sobretodoenloqueserefiereacriteriosdeselecciny especificacin.Sin embargo, no sepretende detallar casos particulares ni cubrir todas las posibles combi-nacioneso arreglos.Al finaldelcaptulosepresentan lossmbolosmsutilizadosen planos de instalaciones elctricas. 1.Acometida. Por acometida se entiende el punto donde se hace la conexin entre la red, propiedad de la compaa suministradora, y el alimentador que abastece al usuario. La acometida tambin puede entenderse como la lnea (area o subterrnea) que por un lado entronca con la red elctrica de alimentacin y por el otro tiene conectado el sistema de medicin. En las terminales de entrada de la acometida normalmente se colocan apartarrayos para protegerlainstalacinyelequipocontraondasdealtovoltaje,yaseadeorigen atmosfrico o por maniobras de conexin o desconexin en la red de suministro. 2.Equipo de medicin. Por equipo de medicin seentiende aqul, propiedad de lacompaa suministradora, quesecolocaen laacometida de cualquier usuario conelpropsito de cuantificar el consumo de energa elctrica de acuerdo con las condiciones del contrato de compra-venta.Esteequipoestselladoydebeestarprotegidocontraagentesexternos,y colocado en un lugar accesible para su lectura y revisin. El equipo de medicin puede conectarse a travs de un juego de cuchillas que permitan que la compaa suministradora verifique su funcionamiento y,en caso necesario, haga lacalibracin correspondiente sin interrumpir el s e r v i ~ i o al usuario. 3.Interruptores. Uninterruptoresundispositivoqueestdiseadoparaabrirocerraruncircuito elctricoporelcualestcirculandounacorriente.Puedeutilizarsecomomediode oesconexin o conexin y,si est provisto de los dispositivos necesarios, tambin puede cubrir la funcin de proteccin contra sobrecargas y/o cortocircuitos. http://gratislibrospdf.com/12Elementos de una Instalacin 3.1.Interruptor general. Se ledenomina interruptor general o principal alque vacolocado entre laacometida (despus del equipo de medicin) y el resto de la instalacin (Figura 2.1), y que se utiliza como medio de desconexin y proteccin del sistema o red suministradora. acometida transformador medi cintablero V 0-- ~ ~ -oo-ISJ ~interruptorinterruptor termomagntico """""apartarrayos Figura 2.1.Diagrama unifilar desde la acometida hasta eltablero general. Esteinterruptordebeserdefcilaccesoy operacin,detalformaqueencasode emergencia permita desenergizar lainstalacin rpidamente;debe proteger a todala instalacin y asuequipo,por loquedebe sercapaz de interrumpirlascorrientesde cortocircuito que pudieran ocurrir en la instalacin del consumidor. Dependiendo del tipo de instalacin, el interruptor general o principal puede ser alg uno de los siguientes dispositivos: caja con cuchillas y fusibles, interruptor termomagntico, cortacircuitos o interruptor de potencia (en aire, al vaco,en algn gas o en aceite). Tambinseacostumbra llamarlesinterruptores generalesalosquecontrolantodala alimentacin de un tablero, de un centro de control de motores (definido ms adelante), o de una zona de una instalacin. 3.2.Interruptor derivado. Los interruptores elctricos llamados derivados son aqullos que estn colocados par a proteger y desconectar alimentadores de circuitos que distribuyen la energa elctrica a otras secciones de la instalacin o que energizan a otros tableros. Por ejemplo, una instalacin residencial normalmente tiene el medidor conectado a un interruptor general de navajas (medio de desconexin) y fusibles (medio de proteccin). Del interruptor se alimenta a un tablero de donde se derivan, por lo general, dos circu itos a travs de interruptores termomagnticos, mejor conocidos en Mxico con el nombre de briquers(del ingls breakers).. 3.3. Interruptor termomagntico. Uno de los interruptores ms utilizados y que sirve para desconectar y proteger contra sobrecargasycortocircuitoseseltermomagntico.Sefabricaengranvariedadde tamaos,por loque su aplicacin puede ser comointerruptor general o derivado. Su http://gratislibrospdf.com/Elementos de una Instalacin13 diseo le permite soportar un gran nmero de operaciones de conexin y desconexin, loquelohacemuytilenelcontrolmanualdeunainstalacin.Tieneunelemento electrodinmicoconelquepuederesponderrpidamenteantelapresenciadeun cortocircuito. Para la proteccin contra sobrecarga se vale de un elemento bimetlico. Resulta convenientemencionar aqu que este elemento bimetlico -no puede proteger los motores asncronos de tipo jaula deardilla, debido a que su constante de tiempo no es suticientemente grande para permitir la corriente de arranque, ya que su calibrac in es poco precisa. Por esta razn la conexin y proteccin de estos motores se lleva a cabo mediante arrancadores (descritos a continuacin). 4.Arrancador. Se conoce como arrancador al arreglo compuesto por un interruptor, ya sea termomag-ntico o de navajas (cuchillas) con fusibles, un contactor e1ectromagntico y un relevador bimetlico (Figura 2.2.). El contactor consiste bsicamente de una bobina con un ncleo de fierro que cierra o abre un juego de contactos al energizar o desenergizar la bobina. Las ventajas de esta combinacin son varias: a)Sedisponedelinterruptor(denavajasotermomagntico)paraladesconexiny conexin (total) del arrancador. b)Debido a que el funcionamiento de la bobina requiere de una corriente relativamente baja, el arranque y paro del motor puede hacerse a control remoto. c)La proteccin contra cortocircuito puede lograrse con el interruptor termomagntic o o con los fusiblesdel interruptor de navajas. d)Para la proteccin contra sobrecarga se utilizan relevadores con elementos bimet-licos que actan sobre el circuito de la bobina y abren elcontactar. Estos bimetales tienen constantes trmicas grandes que permiten sobrecargas instantneas (arranque de motores), y se fabrican en capacidades o calibraciones especficas para motores de tamaos comerciales. e)Un arrancador puede tener:botones para restablecer losdisparospor sobrecarga; botones para arranque, paro y prueba; luces indicadoras de varios tipos; tablillas de terminalesparaconectarelmotoryla(s)unidad(es)decontrolremotoyotros elementos de control. f)Elarreglodelarrancadorsepuedelograrenunidadescompactasquefacilitanel trabajo del proyectista, del instalador, del operador y del encargado de mantenimien-to(sobre todo si los arrancadores son del tipo enchufable o "drawout"). http://gratislibrospdf.com/14Elementos de una Instalacin interruptor termomagntico elemento bimetlico mot.or - -contactor- - - - - 1 L--.-:1---r--1J'-\L---:-----0 ..f-----1'---_e --=..e--lf-Iee L____ _ _J fusiblecajasdebotones Figura 2.2.Representacin unifilar de un arrancador. 5.Transformador. Eltransformadorelctricoesunequipoqueseutilizaparacambiarelvoltajede suministro al voltaje requerido. En instalaciones grandes (o complejas) pueden necesi-tarsevariosnivelesdevoltajes,loqueselograinstalandovariostransformadores (normalmente agrupados en subestaciones). Por otra parte pueden existir instalaciones cuyovoltajeseaelmismoquetienelaacometidayporlotantonorequierande transformador. 6.Tableros. Se entiende por tablero un gabinete metlico donde se colocan instrumentos, interrup-tores,arrancadores y/odispositivos de control.El tablero es un elemento auxiliar(en algunos casos obligatorio) para lograr una instalacin segura, confiable y ordenada. 6.1.Tablero general. El tablero general esaqul que se coloca inmediatamente despus del transformador (Figura 2.1.)y que contiene un interruptor general.El transformador seconectaala entrada del interruptor y a la salida de ste se conectan barras que distribuyen la energa elctrica a diferentes circuitos a travs de interruptores derivados. 6.2.Centros de controlde motores. En instalaciones industriales, yen general en aqullas donde se utilizan varios motores, los arrancadores se agrupan en tableros compactos conocidos como centros de control demotores.Dependiendodelnmerodearrancadoresocircuitosderivadosy dela distanciaentreellosy eltablerogeneral,puedesernecesarioincluiruninterruptor general. Los arrancadores normalmente se conectan al interruptor utilizando barras de cobre, lo que permite lograr un arreglo limpio en el interior del tablero. 6.3.Tableros de distribuci6n o derivados. Cada rea de una instalacin est normalmente alimentadapor unoo variostableros derivados.Estostablerospuedenteneruninterruptorgeneral,dependiendodela http://gratislibrospdf.com/Elementos de una Instalacin15 distanciaaltablerodedondesealimentaydelnmerodecircuitosquealimente. Contienen una barra de cobre para el neutro y 1,2 3 barras conectadas a las fases respectivas (directamente o a travs del interruptor general). Normalmente, a las barras de las fases se conectan interruptores termomagnticos de 1, 2 3polos,dependiendodelnmerodefasesqueserequieranpara alimentarlos circuitos derivados. Estos ltimosa su vez alimentan:unidades de alumbrado, salidas para contactos o equipos especiales (que a su vez pueden estar provistos con dispositivos de arranque y proteccin). 7.Motores y equipos accionados por motores. Losmotoresseencuentranalfinaldelasramasde unainstalaciny sufuncines transformar la energa elctrica en energa mecnica. Cada motor debe tener su arran-cador propio. Los motores tipo jaula de ardillao de induccin (que son los que se encuentran ms comnmente en las instalaciones) son motores elctricos asncronos, es decir, su velo-cidadvaraconlaaplicacindecarga y essiempremenoraladesincronismo.La caracterstica que les da este nombre es el tipo de devanado del rotor formado por barras conductoras interconectadas con anillos (en cortocircuito) cuyo diseo es muy parecido aunajauladeardilla.Estosmotoressoneconmicosperotienenladesventajade requerir una corriente muy alta en el momento del arranque (6 a 7 veces la de plena carga o nominal). 8.Estaciones o puntos de control. En esta categora se clasifican las estaciones de botones para control, o elementos del proceso como: limitadores de carrera o de par, indicadores de nivel, de temperatura, de presin,entre otros. Todosestos equipos manejan corrientes que por logeneral son bajas comparadas con las de los elementos activos de una instalacin. Es importante hacer notar la necesidad de calcular losalimentadores de control, ya que de 10 contrario pueden presentarse graves problemas. Por ejemplo, un contactor grande que se alimenta con baja tensin a travs de varios puntos de control de una navede produccinpuederesultarconunacadadevoltajetangrandequeelelectroimn respectivo no tenga la fuerza suficiente para actuar. 9.Salidas para alumbrado y contactos. Las unidades de alumbrado, al igual que los motores, estn al finalde la instalacin y son consumidores que transforman la energa elctrica en energa luminosa y general-mente tambin en calor. Los contactos sirven para alimentar diferentes equipos porttiles y van alojados en una caja donde termina la instalacin fija. En amboscasoselproyectistadebeasegurarsequelainstalacinelctricatengala especificacin necesaria para que la cada de voltaje est por abajo de la permitida, que http://gratislibrospdf.com/16Elementos de una Instalacin elalimentadorquedeprotegidocontrafallasysobrecargasyqueelusuarioest protegido contra electrocutacin. 10. Plantas de emergencia. Existen gran cantidad de instalaciones elctricas que cuentan con una planta de emer-genciaparaprotegersecontraposiblesfallas ' enelsuministrodeenergaelctrica. Normalmente en todos aquellos lugares de uso pblico(especialmente en hospitales), se requiere de una fuente de energa elctrica que funcione mientras la red suministra-doratengacadasdevoltajeimportantes,fallasenalgunafaseointerrupcionesdel serViCIO. Las plantas de emergencia constan de unmotor de combustin interna acoplado a un generadordecorrientealterna.Elclculode lacapacidaddeun"planta elctricase hace en funcinde lascargas que deben operar permanentemente (Captulo 4). Estas cargasdebernquedarenuncircuitoalimentadorycanalizacionesindependientes (inciso 513.15 NTIE, 1981). La conexin y desconexin del sistema de emergencia se hace por medio de interrupto-resdedobletiro(manualesoautomticos)quetransfierenlacargadelsuministro normala laplanta deemergencia.Las plantas automticas tienensensores de voltaje que detectan laausenciade voltaje(ocadas msabajode ciertolmite)y enVanuna seal para que arranque el motor de combustin interna, cuyo sistema de enfriamiento tieneintercaladauna resistenciaelctricaquelomantienecalientemientrasnoest funcionando. 11. Tierrao neutro enuna. instalacin elctrica. En virtuddequenoexisteacuerdoalrespectodelasdefinicionesqueincluyenlos trminos tierra y neutro, a continuacin se presentan lasutilizadas por los autores: a)Tierra. Desde elpunto de vistaelctrico, seconsidera que el globoterrqueo tiene unpotencialdecero(oneutro);seutilizacomoreferenciaycomosumiderode corrientes indeseables. Sinembargo,puede suceder que por causasnaturales (pre-sencia cercana de nubes o descargas atmosfricas) o artificiales (falla elctrica en una instalacin) una zona terrestre tenga en forma temporal una carga elctrica negativa o positiva con respecto a otra zona (no necesariamente lejana). Por esta razn pueden aparecer corrientes en conductores cuyosextremos estn en contactocon zonas de potenciales distintos. b)Resistenciaatierra.Este trminoseutilizapara referirse alaresistenciaelctrica que presenta el suelo (tierra) de cierto lugar. El valor de la resistencia a tierra debe estar dentro de ciertos lmites dependiendo del tipo de instalacin. En el Captulo 10 se describe el mtodo para determinar su valor.' c)Toma de tierra. Se entiende que un electrodo enterrado en el suelo con una terminal quepermita unirloa unconductor esuna toma de tierra. Este electrodo puede ser unabarraotubodecobre,unavarillaotubodefierroyengeneralcualquier http://gratislibrospdf.com/Elementos de una Instalacin17 estructura que est en contacto con la tierra y que tenga una resistencia a tierra dentro de ciertos lmites (mencionados en el Captulo 10). d) Tierraremota.Selellamaasaunatomadetierralejanaalpuntoqueseest considerandoenesemomento.Sudefinicinestilyaquepuede utilizarsecomo referencia en caso de que fluyancorrientes entre la instalacin yesa toma de tierra. e)Sistema de tierra. Se llama sistema de tierra a la red de conductores elctricos unidos a una o ms tomas de tierra y provistos de una o varias terminales a lasque pueden conectarse puntos de la instalacin. El sistema de tierra de una instalacin se disea en funcin de: el nivel de voltaje, la corriente de cortocircuito, la superficie que ocupa lainstalacin,laprobabilidaddeexplosin y/oincendio,laresistenciaatierra,la humedad y la temperatura del suelo (ver captulo 10). Enunaindustriapuedenexistirvariossistemasdetierraindependientes:parala subestacin y equipo de fuerza(motores), para el sistema de pararrayos (que puede onoestarinterconectadoconelprimero)yparainstrumentos,computadorasy equipos de transmisin O recepcin de seal. Deben respetarse ciertas separaciones entre las tomas de tierra de cada sistema para evitar interferencias. Los conductores que se conecten a los diferentes sistemas debern estar aislados y protegidos desde la conexin. Enlaprcticaningnsistemadetierraesperfecto,yaqueserequeriraquclos conductores que lo forman y el suelo tuvieran una resistencia cero. f)Conexin a tierra. La unin entre un conductor y el sistema de tierra es una conexin a tierra. g)Tierra fsica.Se dice que unconductor se conecta auna tierra fsicacuando se une slidamenteaunsistemade tierra,queasuvezestdirectamenteconectado ala toma de tierra (sin que exista entre ellos ms impedancia que la de los conductores). Se puede considerar que el potencial de una tierra fsica se mantiene prcticamente constante, aunque exista un flujo de corriente entre este punto y la toma de tierra. h)Neutro aislado. Se denomina as al conductor de una instalacin que est conectado atierraatravsdeunaimpedancia(resistivaoinductiva).Lafuncindeesta impedancia es limitar la corriente de cortocircuito que circulara por el conductor, o las partes del equipo que estn conectadas a tierra, y disminuir as los posibles daos. Por ejemplo, en unmotor de 1500 hp conneutro slidamente conectado a tierra, la corriente de falla entre fase y tierra podra ser de hasta 10000 amperes, ira acompa-ada de una pequea explosin y lo ms probable es que las laminaciones del rotor y estator se daen junto con losconductores. En cambio, se puede calcular elvalor deuna impedanciaque,colocada entreelneutrodeltransformador(aislado)y la tomadetierra(oelsistemadetierra),impidaquelacorrientepasedecierta magnitud.El IEEE (Instituteof Electricaland Electronic Engineers)recomienda que esta corriente sea de 600 amperes. r http://gratislibrospdf.com/18Elementos de una Instalacin Esta proteccin se logra colocando en la lnea del neutro un relevador de corriente que detecta la falla y manda una seal para desconectar el interruptor correspondien-te. La instalacin de esta proteccin es compleja y requiere de un clCulo muy preciso de los valores de la corriente de cortocircuito y de la seleccin y especificacin delos elementos. i)Neutro del generador. Se le llama as al punto que sirve de referencia para los voltajes generados en cada fase. En sistemas equilibrados y bajo circunstancias de operacin normales, la diferencia de potencial entre el neutro del generador y la tierra fsicadel lugar donde est instalado es cero. j)Neutrodetrabajo.Esaqulqueserequierepara la conexindeun consumidor alimentado por una sola fase. La seccin transversal del conductor de este nelJtro y de la fase deben ser iguales, ya que conducen la misma corriente. k)Neutro conectado slidamente a tierra. Este tipo de conexin se utiliza generalmente en instalacionesde baja tensinpara proteger alaspersonas contra elpeligrode electrocutacin.En elcasodequesepresenteuna falladeaislamientoentreun conductor energizado y una parte metlica desnuda se produce un cortocircuito y acta la proteccin que desenergiza al circuito respectivo. 1)Neutro de un sistema. Es un potencial de referencia de un sistema que puede diferir delpotencialdetierrayquepuedenoexistirfsicamente.Porejemploenuna interconexin de transformadores tipo delta no existe un neutro fsico,aunque s un neutro de referencia. m)Neutro flotante. Se le llama as al neutro de una instalacin que no se conecta a tierra. Dependiendodelasconcicionesdeoperacinpuedeexistirunadiferenciade potencial entre este nell:tro y tierra. 12. Interconexin. Para la interconexin de una instalacin pueden utilizarse alambres (conductor de var ios hilos) o cables (de un solo hilo) de cobre o aluminio. Estos pueden estar colocados a la vista, en ductos, tubos o charolas. Excepto en el caso de lineas areas, los conductores siempre debern estar cubiertos con una capa de material aislante, el cual determina 1a temperatura mxima de operacin. El empalme de conductores o la conexin de stos a las terminales de los equipos debe hacersedemaneraquese garanticeun contactouniformey noexistan defectosque representenunadisminucindelaseccin.Lo msrecomendableesquetodaslas conexiones quedenaccesibles.En caso queestn dentrode tuberasoductosdeben proveerse las cajas o registros necesarios, sobre todo en las conexiones de salida hacia los equipos de la instalacin. Las tuberas que seutilizan para proteger a los conductores pueden ser metlicas (de pared gruesa o delgada) ode materialesplsticos no combustibles (rgidas o flexibles). Tambinseutilizanductos(metlicos)cuadradosocharolas,quesonestructuras metlicasdetipoescaleracolocadasverticaluhorizontalmentedondesefijanlos http://gratislibrospdf.com/r de corrienterrespondien -omuyprecisocacinde losralosvoltajesdeoperacinerra fsica delconsumidoreste neutro yeneralmenteel peligro dento entre unrtocircuito yuede diferirplo en unaaunque s unectaatierra..ferencia detor devarioslocados a laconductoreseterminalauipos debeefectos quee todas lasctos debensalida haciaetlicas (deo flexibles).estructurasse fijan losElementosdeunaInstalacin 1 9conductores. El soportede todos estos elementos debe ser rgido y su colocacindebehacerse de acuerdo con criterios de funcionalidad, esttica, facilidad de mantenimientoy economa. En caso de que la interconexin se haga entreelementos sometidos avibraciones deber utilizarse tubera flexible o un material equivalente. En las NTIE(1981) en las secciones 303 a 313 se describenlas caractersticas, usos y restricciones delas canalizaciones.13. Si mbol ogf a.A continuacin se presentan algunos de los smbolos ms comunmente usados en losdiagramas unifilares de instalaciones elctricas que facilitan la comunicacin entre losinstaladores y proyectistas.13.1. El eme.nt os de ci rcui t os.Res i s t enci a f i j a----1~React anci a i nduct i va -rvY\fYV)(\(\React anci a capaci t i va---1f-f i j a ( condens ador )I mpedanci a'VWMPi l a-=-1 I +Mot or es y gener ador es8- Mot or decor r i ent e al t er na,Mal t er na, j aul a dear di l l a- Gener ador decor r i ent eGal t . er - na- Mot or s ncr onoM.S.http://gratislibrospdf.com/20 Elementos de una InstalacinIIIII!: II111'1 1 1 ' I1 :1111,1 / lill ,I 11 '''1 1'11ta.z.subesteclones, t i erras y pararrayos. 13.3. Operaci n, pl11I111111,1" l''11111 1111111i11'l11111111111111111 IAcomet i dae-Cuchi l l a de s epar aci n~oI nt er r upt or con~of us i bl es o cor t aci r cui t oI nt er r upt or en acei t e,Dgas o vac oTr ans f or mador de ul upot enci alnrnTr ans f or madorde cor r i ent enn----.LConexi n a t i er r a ---Var i l l a par a conexi n~a t i er r aApar t ar r ayosIPunt a de par ar r ayos81'1 " ,1,111111111Tabl er ocent r o (de mot or111'11111 dll1II1I1El ement cbi met l i11111'1'11111111'111" ,,,El ement cEl ement cel ect r orI nt . er - r ujter - moma:Cont.act.:l' P'I 1 1 1 1 1 1 INor - mal mr(N. A. )Nor - mal nu(N. C. )Dobl e( con unCon enlBobi nade operhttp://gratislibrospdf.com/Elementos de una Instalacin 2113.3. Operaci n, prot ecci n y cont rol .~Tabl er o o~or---. ~ocent r o de cont r ol--o ~de mot or eso~oEl ement o t r mi co00bi met l i coEl ement o f us i bl e-0=: =: 0-El ement o~el ect r omagnt i coI nt er r upt or ~t er momagnt i cooo--Cont act o manual i ns t ant neo, t i po bot nNor mal ment e Abi er t o--L( N. A. )OO--Nor mal ment e Cer r adoili-( N. C.)ti.Q--Dobl e( con uno N: A. y uno N. C.)O0----LCon enl ace mecni coOO--OO--Bobi na par a el ement o-O-de oper aci n o de cont r olhttp://gratislibrospdf.com/22 Elementosde unaInstalaci6n13.3. Operaci 6n, prot ecci 6n y cont rol .(cont .),11 \ 1111,111111lll1111111111111111111(Iplllt 1 11111111 11111111111111111111111111IIIUl;I'I\I'il'i,: 'I,,!;1 " 111111'! ! ,tUIdli 1:" 1" 1'1 : I,i,: : : !I11111::,11'1111--: Vi-Nor mal mI nt er r u----/0Nor mal r no Oe: : : : : : : : : JNor - ma. l n~O-Cont act(r-etr-asO 0--Nor mal nCont act os de el ement os de oper aci nde cont r ol y de pr ot ecci nNor mal ment e abi er t o--I~Nor mal ment e cer r adoI nt er r upt or l i mi t adorNor mal ment e abi er t oNor mal ment e cer r adoI nt er r upt or de ni velNor mal ment e abi er t oNor mal ment e cer r adoI nt er r upt or de pr es i nNor mal ment e abi er t oNor mal ment e cer r ado- - - ~O0- - -T13.3.Operaci 6n, ~I nt er r uNor mal mNor mal !Cont ac1( r et r ~Nor-maltNor - ma. l ihttp://gratislibrospdf.com/Elementos de una Instalacin23 13.3.Operacin,proteccin y control.(cont.) Interruptordeflujo Normalmenteabierto ---jOOr----Normalmentecerrado ~Interruptordetemperatura(termostato) Norma1menteabierto Normalmentecerrado Contactorelevadordetiempo (retrasoalenergizar) Normalmenteabierto Normalmentecerrado Contactorelevadordetiempo (retrasoaldesenergizar) Normalmenteabierto Normalmentecerrado ~ O--OOr----T - - ~ O 0---T http://gratislibrospdf.com/24 Elementos de una Instalacin[11ilt: III!!11 1 ' : \lII!lliI l" , ': I!111'11111"I 111II1:111113.3. Operaci n, prot ecci n y cont rol . (cont .) 13.4. Al umbradoYIEl ement o enchuf abl e - -I nt er r upt oro " '(/ode t r ans f er enci aEs t aci n de bot onesUna uni dad de cont r olI1Dos uni dades de cont r olI IAr r ancador manual~~Ar r ancador aut omt i co----1 ~111111 1111111111111111111111111111111111111 IUni dad dt i po i ncUni dad dt i po fhA - AlD - AE- TeF - PeApagado!Apagadot r es v i:Cont act13.5. Duct era y al1111" d111: I1I111I11111 !ljlllllll 111,111,1111,1,,,,111111Ii d dlllllll 11'" 1 hu, ,1111111111Tuber a(1/2" )conduetDuet o (embsarChar ol ,Caj ashttp://gratislibrospdf.com/Elementos de una Instalacin 2513.4.Al umbrado y cont act os.Uni dad d al umbr adoA Fbt i po i ncandes cent eD EUni dad de al umbr ado A Ft i po f l uor es cent eI ID EA- Al t ur a de mont aj e ( s obr e pi s o t er mi nado)D - Apagador ( s i l l eva)E- Tabl er o ci r cui t o ( i dent i f i caci n)F - Pot enci a en wat t sApagador s enci l l o-/0-Apagador de- /-t r es v as0---Cont act o013.5. Duct era y al i ment adores.Tuber a condui t de 13mm( 1/2" ) de di met r o con dosconduct or es cal . 12 AWG. 2- 1213mm< 1 >Duct o cuadr adoembi s agr ado~Char ol as par a cabl esIllIIIIICaj as de r egi s t r o[Z Jhttp://gratislibrospdf.com/26Elementos de una Instalacin 13.6. Instrumentos. Ampermetro Medidordedemandamxima Frecuencmetro Indicadordeprdidas atierra Mi 1 iamprmetro Ohmetro Fasmetro Medidordefactordepotencia Sincronoscopio Varhormetro Vltmetro Voltamprmetro Voltamprmetroreactivo Wattmetro Watthormetro Dispositivodemedicin delacompaasuministradora A O F DI MA OHM NF FP S VARH V VA VAR W WH M http://gratislibrospdf.com/CAPITULO 3.ESPECIFICACION y CALCULO DE ALUMBRADO En este captulo se dan las bases para el clculo de alumbrado interior y exterior. La informacin relativa almparas oluminarias que se proporciona es nicamente para ayudaren eldesarrollode clculos sencillos, yaque sesupone queestos datosestn contenidosenloscatlogosdelosfabricantes.Paraelclculo,seentiendequelas unidades de alumbrado ya fueron seleccionadas por el proyectista o por el usuario. Especficamenteseexplicaelmtododeclculo de loslmenespara alumbradode interiores (incluyendo las tablas necesarias), as como una metodologa para calcular el alumbrado de exteriores, derivada directamente del mtodo general punto por punto. Un sistema de alumbrado requiere de un equipo que proporcione la comodidad visual y rendimientomximoscompatiblesconlaslimitacionesimpuestasalproyecto,que pueden ser econmicas o de otro tipo (por ejemplo la atmsfera del local).Los factores de conservacin o prdida de luminosidad se consideran detalladamente en el proceso de clculo, ya que tienen una influencia importante al elegir el equipo. 1. Alumbrado de interiores. Se pueden definir dos niveles en la iluminacin de interiores: local y general. El primero se refiere a las necesidades de luz para tareas especficas que se desarrollan en diferentes puntos del espacio a iluminar. El nivel general corresponde a la iluminacin en todas las dems reas. Tambin puede llamarse alumbrado general por zonas, cuando se deciden niveles de iluminacin diferentes para cada zona, lo cual resulta ms econmico. Adems de definir el nivelde iluminacin general se requiere cuidar la colocacin de las luminarias de tal forma que se reduzca el deslumbramiento directo o reflejado, o las sombras indeseables. Tambin es necesario un completo anlisis de los objetos implica-dosenlatareavisualrelativasa:tamao,reflectancia,velocidaddeexposiciny contraste con el fondo. Unavezescogidaslasluminariasquesevanautilizarydeterminadoelnivelde iluminacin requerido (Anexo A), podra calcularse el nmero de luminarias necesarias para producir tal iluminacin. No obstante, para reas amplias es preferible utilizar el mtodo de los lmenes porque proporciona una iluminacin media uniforme adems que su aplicacin no es complicada. 2.Mtodo de clculo de los lmenes. Este mtodose utilizanicamentepara elclculo de alumbradoen interiores y est basado en la definicinde lux,que es igualaun lumen por metro cuadrado.Con la informacin del fabricante sobre la emisin luminosa inicial de cada lmpara, la cantidad http://gratislibrospdf.com/28Especificacin y Clculo de Alumbrado instalada y elrea de lazona considerada(en metroscuadrados)puede obtenerseel nmero de lmenes por metro cuadrado o luxes: E= ~e s = Lmenesemitidos --------- = Luxes 2 Areaenm (3. 1 ) Este valordifiere delos luxesmedidos, debido a que algunos lmenes son absorbidos por la misma luminaria o por la influencia de otros factorestales como la suciedad de la luminaria y la disminucin gradual de la emisin de luz de las lmparas, entre otras. A continuacin aparece el procedimiento utilizado en el mtodo de los lmenes que se puede dividir en cinco puntos fundamentales: 2.1.Determinacin del nivel de iluminacin requerido. El Anexo Adeeste captulopresenta losnivelesde iluminacin para diversastareas, recomendados en el informe#29dela"International CommissiononIllumination" (ComisinInternacionaldeIluminacin)constituidaporloscomitsnacionalesde iluminacin de treinta pases (Manual de Alumbrado de Phillips, 1983). Estas recomen-daciones representan valores mnimos en el lugar mismo de la tarea visualde acuerdo con la prctica actual; una total comodidad visual puede requerir niveles superiores. Es importante sealar que existen publicaciones (Westinghouse, 1985 y Sociedad Me-xicanadeIngenieradeIluminacin,1965)querecomiendanvaloresdistintosalos propuestos en el Anexo A. 2.2.Determinacin del coeficiente de utilizacin(CU). El coeficiente deutilizacines el cociente de los lmenes que llegan al plano de trabajo (plano horizontal a 75 cms. del suelo) y los totales generados por la lmpara. Este factor toma en cuenta laeficacia y ladistribucinde la luminaria,sualturade montaje,las dimensiones dellocal y lasreflectanciasde lasparedes, techoy suelo.Acausa de las mltiples reflexionesquetienen lugar dentro deun local,una parte deluzpasa hacia abajoatravs delplanoimaginario de trabajomsde una vez,por loque enalgunas circunstanciaselcoeficientedeutilizacinpuedesobrepasarlaunidad.Engeneral cuanto ms alto y estrecho sa el local,mayor ser laproporcin de luz absorbida por las paredesy menor el coeficiente de utilizacin. Este efecto se considera mediante la relacin de la cavidad del local (RCL) que se define como sigue: 5H(largo+ancho) RCL= (3.2) largoxancho donde: H=altura de la cavidad. http://gratislibrospdf.com/Especificacin y Clculo de Alumbrado29 Los datos tcnicos para distintas luminarias estan reunidos en la Tabla 3.1. Cuando se trabaja con luminarias no incluidas en dichas pginas, el coeficiente de utilizacin deber tomarsede la tabla de otra luminaria de eficacia ycurva de distribucin similares. El coeficiente de utilizacin buscado puede determinarse entonces para la propia relacin de la cavidad del local y las reflectancias apropiadas de la pared y de la cavidad del te cho. Para luminariasmontadas oempotradas en el techo,la reflectancia de lacavidad del techoeslamismaqueladeltechoreal.Paralmparassuspendidas,encambio,es necesario obtener la reflectancia efectiva de la cavidad del techo como sigue: a)Determinar la relacin de la cavidad del techo con la misma expresin utilizada para determinar la cavidad del local considerando H como la distancia desde el plano de colocacin de las luminarias al techo (Figura 3.1).Entonces la relacinde cavidad del techo es igual a la del local multiplicada por el cociente de la distancia del techo a las luminarias entre la altura de la cavidad del local. Cavidaddeltecho - - - - - - ~ - - - - - - - - - -HT _______ J.. __ Planodelaluminaria / Cavidaddellocal H Planodetrabajo1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ - - - - - - - ~ - - - - - - - ---CavidaddelsueloHS Figura 3.1 . Dimensiones de cavidad de un local. En la Figura. 3.1.se muestran: H=Altura de la cavidad del local. HT=Altura de la cavidad del techo. Hs=Altura de la cavidad del suelo. b)Determinar la reflectancia efectiva de la cavidad del techo utilizando la Tabla 3.2 c on lasreflectancias basedel techo yde lapared (correspondientea la parte queest sobre el nivel de las luminarias). El coeficiente de utilizacin determinado en la forma indicada ser aplicable a zonas que tengan una reflectancia de la cavidad del suelo efectiva del 20%. Si la reflectancia real del suelo difiere sensiblemente del 20%(ms de 25%o menos de 15%), dependiendo de la precisin deseada, se recomienda hacer una correccin. Los factores de correcci n parareflectanciasdelsuelocercanasal10%Y al30%sedan, enlaTabla3.3.La reflectancia efectiva de la cavidad del suelo se determina del mismo modo' y usando la http://gratislibrospdf.com/30Especificacin y Clculo de Alumbrado misma Tabla 3.2 que se us para la determinacin de la reflectancia efectiva del techo. 2.3.Determinacin del factor deprdidas totales(FPT). Desdeelprimerdaenqueseponeafuncionarelalumbradolailuminacinva cambiandoconformelaslmparasenvejecen.Ademslasuciedadacumuladaen las luminarias y otros factores contribuyen a la prdida de luz. El efecto neto es casi sie mpre una disminucin del nivel de iluminacin,aunque ciertos factores pueden producir un incremento. El factor de prdidas totaleses el resultado fmalpor la presencia de todos los factores parciales. Se define como el cociente de la iluminacin cuando alcanza su nivel ms bajo en el plano de trabajo (antes de efectuar alguna accin correctora) entre el nivel nom in al deiluminacindelaslmparas(sinconsiderarfactoresparcialesdeprdidas).Los fabricantesclasificanlaslmparasdefllamentodeacuerdoconlaluminosidadque emiten cuando estn nuevas, mientras que las lmparas de descarga de vapor (fluores-centes,demercurio y demstiposcomunes)lascatalogan segnlaemisinluminosa que tienen despus de 100 horas de funcionamiento. LosnivelesdeiluminacindadosenelAnexoArepresentanlosvaloresmnimos requeridos en todo momento.De acuerdo con esto,el factor de prdidas totalesdebe incluirlasprdidasatribuiblesatodotipodecausas,algunasdelascualessevan acumulando hasta que se efecte una accin correctora. Por esta razn el programa de mantenimientodebeincluirunaevaluacindelosfactoresdeprdidadeluzylas acciones peridicas que deben llevarse a cabo para corregir su efecto. La precisin del proceso de clculo puede perderse si no se pone cuidado en la estimacin de los factores de prdida y se ignora el programa de mantenimiento. Los factoresparciales deprdida que sedetallan a continuacin. Algunos de ellos slo pueden estimarse de manera aproximada; otros pueden evaluarse a travs de pruebas o ensayos. Estos ocho factores son: a)Caractersticas de funcionamiento de la balastra o reactor. La Asociacin de Fabri-cantes de Balastras de E.U.A. (Certified Ballast Manufacturers Association) especi-fica que las lmparas fluorescentes requieren una balastra con una reactancia tal que la lmpara emita el 95% de la luminosidad que Rroporciona cuando funciona con una reactancia patrn (o de laboratorio)utilizada para establecer el valor nominal.En las balastras en que no seespecifica el cumplimiento de esta condicin debe cons-derarse una prdida mayor. No se dispone de especificaciones para los reactores de las lmparas de vapor de por loque se sugiere consultar al fabricante.En las lmparas de fllamento (incandescentes) no hay prdida por este factor. b) Tensin de alimentacin de las luminarias. La tensin de servicio en la luminaria es difcil de predecir. Para lmparas de fllamento, as como para lmparas de mercurio (con reactancias de valoralto),una desviacion del1 % de la tensin nominal causa aproximadamente una variacin del 3% en los lmenes emitidos. En las reactancias de salida regulada (potencia constante) la emisin luminosa de la lmpara esinde-http://gratislibrospdf.com/Especificaci6n y Clculo de Alumbrado31 pendiente de la tensin primaria. Los lmenes emitidos por una lmpara fluorescente varan aproximadamente un 1% por cada 2.5% de variacin en la tensin. c)Variaciones de la reflectancia de la luminaria. Este efecto es normalmente pequeo, pero despus de un perodo de tiempo largo puede ser significativo en las luminarias con acabados (o plsticos) de baja calidad. No se dispone de datos precisos. d)Lmparasfundidas.Laprdidadeiluminacinesproporcionalalporcentajede lmparas fuera de servicio. e)Temperaturaambiente.Lasvariacionesdetemperaturanotienenunainfluencia determinante en las lmparas de filamento ni de mercurio. Las lmparas fluorescen-tes se calibran fotomtricamente a 25C por lo que desviaciones significativas de esta temperatura - haciaarribaoabajo- puedensignificarprdidassustancialesdela emisin luminosa -no se dispone de datos de ensayos extensivos. f)Luminarias con intercambio de calor. Existen luminarias cuyo diseo permite que se utilicen como parte del sistema de ventilacin o aire acondicionado. Estas luminarias se calibran fotomtricamente sin paso de aire. Por tanto, cuando son instaladas y se extrae o inyecta aire a travs de ellas,su eficiencia aumenta, a veces hasta un 20%. Este incremento es funcin de la cantidad y la temperatura del aire que pasa a travs de la luminaria. g)Degradacinluminosadelalmpara.Lareduccingradualdelaluminosidad producida por el paso del tiempo es diferente para cada tipo y calidad de lmpara. Para el 70% de vida estimada, la disminucin aproximada de los lmenes emitidos es de 8% para lmparas fluorescentes, de 8.5% para las de filamento y de 6.5% para las de vapor de mercurio. h)Disminucindeemisinluminosaporsuciedad.Estefactorvaraconeltipode luminaria y el ambiente en que trabaja. En la Tabla 3.1 se presentan ciertos tipos de luminarias clasificadas en seiscategoras y en la Figura 3.2 aparecen las grficas de losfactoresdedegradacinporsuciedadcorrespondientesaestascategoras.El factor se suministra en funcin del tiempo transcurrido (meses) desde la ltima vez que se limpi la lmpara y del grado de suciedad del ambiente que la rodea. 2.4.Clculo delnmero deluminarias. Elnmerodeluminarias(unidadesdealumbrado)puedecalcularsedelasiguiente manera: N = (3.3) http://gratislibrospdf.com/32 Especificacin y Clculo de Alumbradodonde:Gr ados de s uci edad:- - Muy l i mpi o: Labor at or i os y hos pit al es .- - - - Li mpi o: Es cuel as , of i ci nas y vi vi endas .- - - Medi o: Of i ci nas dent r o de f br i cas .- - - Suci o: I ndus t r i as .- - - - - Muy s uci o: Pr oces os al t ament e cont ami nant es .N =Nmero de luE = Iluminacin rS =Superficie.

bradoWestinahouse1985http://gratislibrospdf.com/"._.~_.------.---~--~--_.._---_..-_..~_....._-----_.~------_.._...-~.L~,"UlIl/L-70.320.280.250.310.270.250.290.260.240.23Lenteprismtica1.2x80.290.250.220.280.240.220.270.240.210.201.2m.ParalmparasT-I0.90.260.220.190.250.210.190.240.210.190.18C.U.x1.02100.240.200.170.230.190.170.220.170.160.16TomadodeManualdeAlumbradoWestinghouse1985Techo80%50%10%0%Separacinnosuperiora:"h"poralturademontaje.Pared50%30%10%50%30%10%50%30%10%0%CategoraVh==1.2RCL*10.560.540.520.520.500.490.470.460.4~0.4420.500.470.450.470.440.420.430.410.400.39~30.450.410.380.420.390.370.390.370.350.3440.410.360.340.380.350.320.350.330.310.3050.370.320.290.340.310.280.320.290.270.26-=60.330.290.260.310.280.250.290.270.240.2370.300.260.230.290.250.220.270.240.220.204lmparasT-12430mA.Lente80.270.230.200.260.220.200.240.210.190.18prismtica60cmancha.Para90.250.200.180.230.200.170.220.190.170.16lmparasT-10.C.U.x1.02100.220.180.160.210.180.150.200.170.150.14-!elcr-5i'c.:>.....o o !S.:;.(ti'::J"*CDmC/)Q.(f)-oCD(!)Q.~ o''"Q.elo-o::!(5:'-o e O"a.(!)~ e 3 o-~ o Q)(Jhttp://gratislibrospdf.com/\.c" ~\\-TomadodeManualdeAlumbradoWestlnghouse1985O>...Techo80%70%50%ISeparacinnosuperiora:IIm10%1C/l"h"poralturademontaje.1Pared"50%30%10%-50%30%10%50%30%(1)o :::;o'1h=1.2IRCL*oCategoraVo:0.680.650.630.650.630.610.610.600.58~1-e20.600.560.530.580.550.520.550.520.49o 1-30.540.490.450.520.480.450.500.460.43-iO"eDlO"40.490.430.400.470.430.390.450.410.38CTi'ilc.0.38(1)50.440.380.340.430.340.400.360.33~~.....e 360.400.340.300.390.340.300.370.320.29oO-Oiil70.360.310.270.350.300.260.330.290.26m.c.O80.320.270.240.320.270.230.300.260.23('5.m2lmparasT-12430mA.EnvolturaI1~0.290.240.210.290.240.200.270.230.20::J-prismtica30cmancha.([)0.270.220.180.260.210.180.250.210.18(J)a.([)10.660.640.610.640.620.600.610.590.57c:CategoraVh=1.2I~20.590.550.520.570.540.510.550.520.40Dl30.530.480.450.520.480.440.490.460.43o 6:40.480.430.390.470.420.390.450.410.38?50.430.380.340.420.370.340.400.360.3360.390.340.300.380.340.300.360.320.2970.350.300.260.340.300.260.330.290.2680.320.270.230.310.260.230.300.260.234lmparasT-12430mA.EnvolturaI1~0.280.240.200.280.230.200.270.230.20prismtica60cmancha.0.260.210.180.250.210.180.250.200.17TomadodeManualdeAlumbradoWestlnghouse1985Techo80%70%50%Separacinnosuperiora:"h"poralturademontaje.Pared50%30%10%50%30%10%50%30%10%IIIIIIICategora1h=1.6R~L*~~~I~~~I~~~~~nl~7cln7~n7~ln7nlnR7http://gratislibrospdf.com/60.390.340.300.380.340.300.360.320.2970.350.300.260.340.300.260.330.290.2680.320.270.230.310.260.230.300.260.234lmparasT-12430mA.EnvolturaI90.280.240.200.280.230.200.270.230.20prismtica60cmancha.100.260.210.180.250.210.180.250.200.17TomadodeManualdeAlumbradoWestlnghouse1985TechoI80%I70%I50%ISeparacinnosuperiora:"h"poraltur-ademontaje1Paredl50%30%10%150%30%10%150%30%10%Categora1h=1.6RCL*10.830.790.750.790.760.720.730.700.6720.710.650.600.680.620.570.620.580.54--l30.620.550.490.590.530.470.550.490.44Dlo-40.550.470.410.520.450.390.480.420.37l50.480.400.340.460.380.330.420.360.31c.v.....o60.430.350.290.410.330.280.380.310.26o (!)-70.380.300.250.360.290.240.340.270.2380.340.260.210.330.250.210.300.240.19(O.::l-90.300.230.180.300.230.180.270.210.17(!)(J)m2lmparasdesnudascualquiercargaI100.280.210.160.270.200.150.250.190.15Q.(J)(!)"O IDeo :::;;10.640.620.600.630.610.590.600.590.572:oCategoraVh=1.21SI>~Dlo20.580.550.520.570.540.510.550.520.50oO;5:::J30.520.480.450.510.470.440.490.460.44-c;:Jo40.470.420.390.460.420.390.450.410.38Il>'o50.420.370.300.420.370.340.400.360.34e o c.ID60.380.330.300.380.330.300.370.320.30~ e70.350.300.260.340.300.260.330.290.263 CT80.310.260.230.310.260.230.300.260.23iil1lmparacualquiercarga.LenteI1~c.0.280.230.200.280.230.200.270.230.20oprismtica60cmanchay30cmalta.0.260.210.180.250.210.180.250.210.18IOl(]1http://gratislibrospdf.com/~~=~'f{. \\~~1TomadodeManualdeAlumbradoWestlnghouse1985gTecho80%70%50%ISeparacinnosuperiora:Im10%1en"h"poralturademontaje.IPared-o50%30%10%50%30%10%50%30%IDo ::;;i;Th=1.5IRCL*oCategoraVIO;:J10.680.650.620.590.560.540.420.410.39'-30.520.460.420.450.400.370.320.290.27-iO"Dle40.460.400.350.400.350.310.280.250.23O-o~C.ID50.400.340.300.350.300.260.250.220.20~~.....e 360.360.300.260.310.270.230.220.200.17oC"O;;70.320.260.260.280.230.190.200.170.14C1lc.-o(5.80.290.230.190.250.200.170.180.150.13iD2lmparascualquiercarga.I1~0.260.200.170.230.180.150.170.130.11:J.-+C1lLadosopacos.0.240.180.150.210.160.130.150.120.10(J)a.C1l0.600.580.560.580.560.54c::CategoraVIh=1.5a211~I~0.530.490.450.510.470.432Dl30.470.420.370.450.410.36o 5:40.410.360.320.390.350.31?50.370.310.270.350.300.2660.330.270.230.310.260.2370.290.240.200.280.230.2080.260.210.180.250.200.17Techoluminoso.Transmisin50%.I1~0.230.100.150.230.180.15Reflectanciadecavidad80%.0.210.170.130.210.160.13____.-lI__"...4""WActinnhouse1985http://gratislibrospdf.com/Techoluminoso.Transmisin50%.Reflectanciadecavidad80%.7 8 9100.290.240.200.280.230.200.260.210.180.250.200.170.230.100.150.230.180.150.210.170.130.210.160.13TomadodeManualdeAlumbradoWestinghouse198550%70%Techo80%Pared150%30%10%150%30%10%150%30%10%CategoraVI/////,Moldurasinreflector.RCL*10.420.400.390.360.350.330.250.240.2320.370.340.320.320.290.270.220.200.1930.320.290.260.280.250.230.190.170.1640.290.250.220.250.220.190.170.150.1350.250.210.180.220.190.160.150.130.1160.230.190.160.200.160.140.140.120.1070.200.170.140.170.140.120.120.100.0980.180.150.120.160.130.10O.110.090.0890.170.130.100.150.110.090.100.080.07100.150.120.090.150.100.080.090.070.06--!Olg::OlJ-"o o s o -8'("l2''"(1)8o..og(1)Oa~(1)n_::::l::ti(1)Q111111...:J(')_.l::;l.;;o 0-,..http://gratislibrospdf.com/CAPITULO 8.CALCULO DELA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO Sepuededecirqueuncortocircuitoeselestablecimientodeunflujodecorriente elctricamuyaltadebidoaunaconexinporuncircuitodebajaimpedancia,que prcticamente siempre ocurre por accidente. An en las instalaciones con las protec-ciones ms sofisticadas se producen fallas por cortocircuito. Las corrientes elevadas, as comolasfuerzaselectrodinmicas -atraccin y repulsin entreconductores- quese producen con un cortocircuito, pueden provocar daos importantes en la instalaci6n y en los equipos. El objetivo del estudio de cortocircuito es calcular el valor mximo de la corriente y su comportamientoduranteeltiempoquepermaneceelcortocircuito.Estopermite determinar el valor de la corriente que debe interrumpirse y conocer el esfuerzo al que son sometidos los equipos durante el tiempo transcurrido desde que se la falla hasta que se interrumpe la circulacin de la corriente. Los efectos de un cortocircuito dependen directamente de la energa que tiene que ser disipada (por el arco): donde: w=Jtvoidt ce o vVoltaje enextremos del arco o del elemento considerado. Corriente de cortocircuito. tTiempo que permanece la condicin de cortocircuito. (8. 1) Esta expresin no incluye la energa calorfica disipada a travs de todos los conductores por los que circula la corriente de cortocircuito. Lamagnituddeunafalladecortocircuito puedeser talque produzca explosiones y provoque la destruccin de equipos completos -tableros, transformadores e interrup-tores,entreotros-,perosobretodopuedeproducircondicionesde peligropara las personas que estn prximas a la instalacin. Esconvenientehacernotarqueeldiseodeampliacionesomodificacionesauna instalacin debe, adems de contemplar las condiciones normales -4160V 69/4.16kV,7% reactor :> 100m 3-3/0,1-110 (15mmseparacin encharola) horno T 300AS 6% rectificadores 4160V o 250m,3-3/0,1-1/0 150m(15mmseparacinl encharola) 6-3/0,1-3/0 (20mmseparaclon encharola)A L\'u\!.JV >- (V7-() tresmotoressncronos de600Hp,1200RPM,fp=l 440V 200A200A 150/5150/5 750kVA 4160/440V 5.5% 1200/5 1200A 150A 20m 3-110,1-4 (150mmsep. encharola) 20m 3-110,1-4 (150mmsep.I encharola) 40m,3-110,1-2 (150mmseparacin equivalentedelta) *-3 O 100HP100HP motoresdeinduccinalumbrado 150/5 Figura 8.4.Diagrama unifilar del Ejemplo 6.1(slo semuestran los elementos utilizados en elclculo de la corriente de cortocircuito). http://gratislibrospdf.com/146Clculo de la Corriente de Cortocircuito c)El generador de 625 KVA: La reactancia subtransitoria es de 9%, por lo que con la misma relacin (8.5), se obtiene: 10,000 X"=0.09---- =1.44pu 625 R= 0.036pu d) Elcabledeenlacede100m:Estcompuestoporuncablede3/0(10.74mmde dimetro sin aislamiento), 19 alambres por fase(tabla 1.5 de Condumex, 1982). De acuerdo con la Tabla 8.5: 10.74 RMG=0.758---- =4.07mm 2 Para el clculo de laDMG, se consideran las distancias entre los centros de los cables, y se estima el dimetro del cable de 15KV en 25mm.El arreglo se muestra en la Figura 8.5. .15 ----+. .....~Figura 8.5.Arreglo de las tres fases(calibre 3/0 por fase)del cable de enlace de 100 m del Ejemplo 6.1. Con AB=40; BC=40; AC=80 Ycon la relacin (8.18): DMG=3 /40x40x80 = 50mm Con (8.22) se obtiene: X=0.1734log[ ~ ] x0.1=0.01889ohms 4.07 http://gratislibrospdf.com/Con (8.6)resulta: Clculo de la Corriente de Cortocircuito147 x= 0.01889x10,000 1000x4. 162 R= 0.014pu =0.0109pu e)El cable de los motores sncronos, So