Manual De Instalaciones Electricas

INSTALACIONES ELECTRICAS DE VIVIENDA UNIFAMILIAR Clasificación de Instalaciones Eléctricas Las instalaciones eléctricas se clasifican: 1. Residenciales 2. Comerciales 3. Industriales Según el nivel de tensión 1. Baja Tensión 2. Media Tensión 3. Alta Tensión En este curso trataremos Las instalaciones eléctricas Residenciales é industriales. Instalaciones eléctricas Residenciales Las instalaciones eléctricas constituyen uno de los elementos importantes en las construcciones domiciliarias; motivo por lo que el tema es de permanente interés, y considerando los cambios tecnológicos recientes han modificado muchos de los materiales y procedimientos usados para los proyectos de construcción de las instalaciones eléctricas. Por lo que es conveniente hacer una revisión del tema que al mismo tiempo incluya los cambios en la norma nacional de electricidad.

El primer paso para la realización de un sistema eléctrico de una vivienda es el análisis del proyecto de arquitectura, conociendo todos los ambientes con su respectiva ubicación de muebles y artefactos necesarios en una vivienda. La energía eléctrica se dota mediante un medidor de energía eléctrica (KW-H), el cual es proporcionado por el concesionario e instalado por el mismo concesionario en la mayoría de los casos, de esa manera se alimenta el tablero principal de la vivienda.

Partes Componentes de un proyecto Las partes de que consta el desarrollo de un proyecto de electricidad de una vivienda unifamiliar son dos: 1. Alumbrado, Tomacorrientes, y fuerza para otros usos 1.1.

Ubicación de puntos de luz

1.2.

Ubicación de tomacorrientes

1.3.

Ubicación de salida para cocina eléctrica

1.4.

Ubicación del interruptor de protección para el calentador de agua

1.5.

Ubicación de otras salidas especiales para artefactos electrodomésticos como electro bombas aire acondicionado, cocina eléctrica.

1.6.

Ubicación del tablero general y/o tablero de distribución.

1.7.

Ubicación del medidor de energía eléctrica

1.8.

Unión entre el medidor de energía eléctrica y el tablero principal.

1.9.

Cableado de circuitos de alumbrado.

1.10. Calculo para indicar la carga instalada y la carga de máxima demanda. La sección del conductor alimentador entre el medidor de energía eléctrica y el TG y/o TD. 1.11. Especificaciones técnicas de los diversos materiales a usarse. 1.12. Memoria descriptiva, la cual contempla las siguientes partes: descripción del inmueble, ubicación, propietario, normas utilizadas en la realización del proyecto, listado de equipos con sus características eléctricas del sistema adoptado, características eléctricas de equipos, alturas de ubicación de cada equipo, estudio de cargas, cálculos eléctricos, tablas de carga, descripción del sistema de aterramiento, especificaciones, metrados. 2. Comunicaciones 2.1.

Ubicación de salidas para teléfonos

2.2.

Ubicación de salidas para intercomunicador

2.3.

Ubicación de pulsador y respectivo timbre

2.4.

Ubicación de salidas para Tv

2.5.

Cierre de circuitos.

Las instalaciones de una vivienda pueden ser tipo convencional y no convencional. Las instalaciones convencionales son aquellas en que la mayoría de las tuberías van empotradas en techos, paredes. Las no convencionales son aquellas en que las tuberías van adosadas sobre techo o paredes, lo que si debe cumplirse es que las de pvc deben ser empotradas en pared o techo, las superficiales adosadas son de fierro galvanizado Emt.

La Iluminación En cuanto a la iluminación debe tomarse en cuenta los valores lumínicos para cada ambiente los cuales se denominan nivel lumínico en Lux, este parámetro regula el buen confort para nuestra visión. Existe iluminación incandescente, fluorescente, tipo led y ellos producen Lúmenes. La iluminación fluorescente y led necesita accesorios auxiliares electrónicos.

Luminarias incandescentes

40w----------350 lumenes 60w-----------630 lumenes 75w-----------850 lumenes 100w---------1250 lumenes

Luminarias Fluorescentes

32w----------1700 lumenes 36w----------3200 lumenes 40w----------2400 lumenes

Luminarias Led

15w----------800 lumenes 25w---------2500 lumenes 30w---------3000 lumenes

Los lúmenes dependen de los elementos reflectores. En los ambientes sala, comedor y cocina deben centralizarse los puntos de luz, en la sala deben colocarse los puntos de luz considerando la estética, puede ser en los rincones, en baños pueden ser puntos de pared.

Tomacorrientes Se colocaran según el ambiente y el equipo a alimentar, en la sala la norma dice 30 cm del piso terminado (altura) y separación de 2 mts, la toma del tv, se acostumbra a colocar a 2 mts de altura, en la cocina se colocaran a 1.2 mts y debe ser uno para el microndas, otro para la licuadora, otro para la tostadora. El tomacorriente para la cocina eléctrica se debe colocar a 80 cm desde el piso terminado. La nevera se debe colocar a 1,2 mts En el área de servicios los tomacorrientes deben colocarse a 1,2 mts de altura, como son lavadora, secadora, el calentador de agua se coloca a 2 mts de altura.

El aire acondicionado se alimenta de un tomacorriente a una altura de 1.80 mts.

Elección del sistema de alimentación Normalmente una vivienda se alimenta de 220v, dos fases y tierra, Pues su carga nunca pasa de 10 kw (según norma hasta 10 kw es monofásico), luego después de 10 kw es trifásico. Cálculos Aquí elegimos la cantidad de circuitos, además calcularemos los conductores de esos circuitos, con su respectiva llave y calcularemos el circuito alimentador y la llave principal. Primero deben agruparse los puntos de iluminación formando uno o dos según sea el caso y lo llamaremos ejemplo C-1 el cual podrá tener 1800w, luego agruparemos los tomacorrientes supuesto C-2 y decimos que son las tomas de la sala 5 tomacorrientes a 200 w/pto será 1000w. Luego unimos los tomacorrientes de la cocina C-3 pueden ser 4 tomas a 200w/pto serán 800w, luego C-4 el calentador de agua 1500w---C-5 la nevera 800w---C-6— lavadora y secadora—4500w

TABLA DE CARGA CONDUCTOR

C-1

#

C

TV S

12

C-2

4

C-3

4

C-4

2

1

1

6+ # 4T L N

2X50A A

A

TP(w) F1 F2 LL 1800

8,2 8,2 2X20

1000

4,5 4,5 2X20

800

3,6 3,6 2X20

1500

6,8 6,8 2X20

C-5

1

C-6 12 8

1

1

3,6 3,6 2X20 20 20 2X30

1

1

4500

1

1 1

10400 47 47

DINST

10,4 KW

FD = 0,8

MAXD

8,3

38 A

KW

800

Calculo del alimentador La demanda máxima es 8,3 kw , debemos transformar los Kw a Kva para calcular la corriente Kw= Voltiosx Amperiosx cos Ø = Kvaxcos Ø El cos Ø es el factor de potencia y depende de cada equipo en este caso usamos 0,8 y la corriente es I=8,3x1000/220x0.8=30,18 amp Vamos a la tabla de conductores con aislamiento THW y seleccionamos el conductor # 4 mm2 el cual soporta 40 amp para un conductor THW 90 grados. Se debe considerar una reserva del 10 al 15 % que es 3,02 amp La corriente final será 33,2 amp y sigue siendo el mismo cable seleccionado # 4 mm2 y se denota como 2x6thw+1x6T thw. Tuberías Las tubería utilizadas empotradas deben ser según normas de fierro galvanizado .

La tubería seleccionadas es Ø= ¾”. Selección de la Llave principal Tomamos la corriente calculada ILL =33,20x1,25= 41,5Amp La llave seleccionada será 2x43A

Seleccionar el conductor a tierra

Diagrama Unifilar

CABLECCACCCC

INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES Los profesionales que laboran en el sector industrial deben mantenerse actualizados en los procedimientos y técnicas para ejecutar las instalaciones eléctricas industriales, así como aplicar técnicas para mantener las instalaciones eléctricas seguras y eficientes. El curso tiene la finalidad de aplicar técnicas y recomendaciones para el dimensionamiento, selección e instalación de dispositivos eléctricos para los sistemas de distribución y protección. Se hace necesario también la interpretación y lectura de esquemas y el conocimiento de materiales eléctricos.

OBJETIVOS

Leer, interpretar y elaborar planos eléctricos industriales Dimensionar, seleccionar e instalar conductores, canalizaciones y dispositivos de mando y protección. Montar y cablear circuitos de control y protección de tableros de distribución.

TEMARIO

1. Lectura e interpretación de esquemas eléctricos 2. Componentes

de

las

instalaciones

eléctricas

–conductores

eléctricos-

dimensionamiento, selección, empalmes, conectores y terminales, canalizaciones eléctricas, dispositivos de protección y maniobra. 3. Instalación de circuitos de alumbrado y tomacorrientes. 4. Instalación de circuitos de fuerza, arranque directo de motor. 5. Cableado de tableros de distribución, dimensionamiento y selección, criterios para el montaje y cableado.

CALCULOS DE DEMANDA PARA INSTALACIONES COMERCIALES E INDUSTRIALES

Las instalaciones comerciales e industriales tales como oficinas, bancos, tiendas o almacenes, restaurantes, talleres, refinerías y otras plantas industriales tienen diversas cargas eléctricas. Estas cargas son consideradas como continuas o no continuas, y factores de demanda, bajo ciertas circunstancias son permitidas. Carga continua es definida en el artículo 100 del NEC, o NFPA y el CNE como aquella carga cuya máxima corriente se presente durante tres horas o más continuamente. El Factor de Demanda (Fd) se define como la relación entre la máxima demanda y la carga total instalada, o simplemente un factor que se aplica a la carga y es menor al 100% (o a 1).

INSTALACIONES COMERCIALES E INDUSTRIALES

Las cargas son calculadas en base al tipo de uso y de los requerimientos del equipo servido.6 Sea por la forma normal o la opcional los cálculos se usan para cuantificar las cargas en voltamperios (VA) o amperios para dimensionar los alimentadores y conductores asociados a los equipos servidos. Como iluminación, toma corrientes normales y especiales de acuerdo a los equipos utilizados en al instalación. El ejemplo siguiente presenta la forma de organizar las cargas en siete categorías basadas en su uso o aplicación y de acuerdo a los requerimientos de la NTC 2050 o NEC., NFPA o CNE (peru) 1.

Cargas de iluminación—norma peruana # 170-000

2.

Cargas de fuerza (tomas)- norma peruana # 150-000

3.

Cargas de fuerza especiales ( tomas especiales)- norma peruana # 150-000

4.

Cargas de moto-compresores herméticos –norma peruana # 160-000

5.

Cargas de motores-norma peruana 160-000

6.

Cargas de calefacción o de aire acondicionado-norma peruana 270-000

7.

La carga del motor más grande-norma peruana 160-000

Carga No 1 - Iluminación

Las cargas de iluminación se consideran como continuas o no continuas y para algunos casos especiales el código permite el uso de un factor de demanda. Para sistemas a 600 voltios o menos los requerimientos sobre cargas continuas están localizados en las secciones 210.19 y Nec-Nfpa para circuitos ramales, secciones 215.2 y 215.3 para alimentadores y sección 230.42 para conductores de acometida. Por ejemplo, la carga general de iluminación para un edificio de oficinas de 1000 m² es de 22000 VA (1000x22 VA) tabla 220-3b. Los 22000 VA son incrementados un 25% ya que las cargas son continuas 22000x1.25 = 27500 VA. Las otras cargas se calcularán de acuerdo a su uso. Carga No 2 – Tomas

La carga de tomas es la segunda carga a considerar, esta carga se divide en dos subgrupos:

1.

Salidas de tomas de aplicación general

2.

Salidas de tomas múltiple (ensambladas de fábrica)

Se debe determinar si el uso de los tomas es continuo o no continuo. Por ejemplo el cálculo para 100 salidas de tomas continuos es 22500 VA (100x180 VA x1.25 = 22500 VA). Sí los 100 tomas son considerados carga no continua, la carga es de 18000 VA (100x180VA = 18000 VA). Aplicando el factor de demanda de la tabla 220.44 entonces tenemos que: De 220.13 - Nec

100 tomas x 180 VA = 18000 VA

Usando la tabla 220.13- Nec

18000 VA -10000 VA = 8000 VA

8000 VAx50% = 4000 VA

La carga total es de 10000+4000= 14000 VA

Carga No 3 - Salidas de tomas especiales

La cargas de tomas especiales es el tercer tipo de cargas a ser consideradas para el propósito de cálculo y dimensionamiento de acometidas y alimentadores y sus protecciones de sobre corriente, la carga debe ser clasificada como continua o no continua y cuando sea permitido usar factores de demanda como se especifica en el art. 220 del NEC o NTC 2050 y NFPA, CEN Por ejemplo, para un proceso continuo con una carga de 2400VA, la carga calculada es de 3000 VA = (1.25x2400VA).

Carga No 4 - Compresor con motor de refrigeración hermético

Si es instalada, esta carga es el cuarto tipo de carga a ser considerada y se calcula multiplicando la carga plena del moto - compresor por el 125%, como lo describe el art. CEN 160 o NEC 440.32 y aplicando el articulo 440.34 donde más de una unidad está presente. . Por ejemplo: si la carga del compresor es de 37300 VA, multiplicando este valor por 1,25; la carga del equipo es 46625 VA.

Carga No 5 – Motores

Los motores son la quinta carga a ser calculada. Los VA de cada motor son convertidos desde la corriente de plena carga (FLA) de las tablas 430.248 (148)* para motores monofásicos o de la tabla 430.250 (150)* para los motores trifásicos y multiplicando este valor por la tensión de alimentación. * Los números entre paréntesis corresponden a la NTC 2050, los iniciales al NEC 2008. Por ejemplo: para un motor a 460V trifásico de 50 HP, la FLA = 65 Amps a su vez = 65x480Vx1.732 VA (el voltaje asumido según el art. 220.5 (220.2) si la tensión de alimentación no esta definida) el resultado es = 54038.4 VA Nota: todos los motores para el cálculo deben ser convertidos a VA de esta manera. En situaciones donde hay más de un motor el artículo 430.24 provee los requerimientos para el cálculo de los VA de motores totales conectados. Carga No 6 – Calefacción o aire acondicionado

Cargas de calefacción o aire acondicionado son las número seis a ser consideradas en su cálculo. Usando los cálculos estándar (parte III del art. 220) estas cargas son referidas como cargas no coincidentes por el art. 220.60 (220.21). Usando este método de cálculo, la carga de calefacción o de aire acondicionado es comparada y la más grande en VA es usada en el cálculo total de carga. La carga más pequeña se puede no tener en cuenta. Por ejemplo: En una instalación con una unidad de 10000 VA de calefacción y una unidad de aire acondicionado de 3500 VA, la unidad de calefacción es seleccionada sobre la de aire acondicionado para efectos del cálculo de carga general. Igualmente cuando se consideren cargas no coincidentes se procede de igual manera.

Carga No 7 – Carga del motor más grande

La carga del motor más grande es la séptima carga a considerar. El motor más grande de las cargas de motores listadas en las cargas cuarta, quinta o sexta de nuestra consideración. Igualmente los VA del motor se calcularán como se explicó anteriormente de acuerdo a los artículos 220.50 y 430.24 los VA resultantes se multiplican por 1,25. Por ejemplo: de la quinta carga considera en este escrito, el motor mayor es de 54038.4 VA; al incrementarse en un 25% la carga adicional a considerar es de 13509.6 VA

Cálculo total de carga en VA Para calcular la carga total de los siete puntos anteriores, entonces tenemos que: Carga 1: 27500 VA Carga 2: 14000 VA Carga 3: 3000 VA Carga 4: 46625 VA Carga 5: 54038.4 VA Carga 6: 10000 VA Carga 7: 13509.6 VA Total VA: 168669.4 VA

Conclusión: Siguiendo los pasos descritos podemos organizar las cargas para determinar el dimensionamiento de los alimentadores y acometidas generales de una instalación.

Debemos tener en cuenta que además de las cargas no coincidentes, podemos aplicar Factores de Demanda basados en el conocimiento claro de cómo trabajan las cargas; el ejemplo presentado es muy general y será cada ingeniero responsable al calcular la demanda general de un proyecto o instalación con un criterio técnico claro y aplicando la normatividad establecida.

Entonces basados en el sistema de alimentación y su tensión, los VA calculados son usados para determinar la capacidad de los conductores del alimentador y la acometida y dimensionar los equipos de protección de sobre corriente respectivos.

Calculo de la iluminación en una nave industrial

En general será Ø=ExA/CuxCm expresión que tiene como unidades Lúmenes generados por una fuente lumínica. Ø= Lúmenes de fuente luminosa A= Área de la nave industrial en m2 Cu= factor de utilizaciónn segun el sistema de iluminación adoptado Cm= factor de mantenimiento según el tipo de luminaria. Ejemplo: nave industrial donde se fabricara perfiles de aluminio con dimensiones de 60mtsx 30mts y una altura al techo horizontal de 8 mts . E=400 lux 6m

60m

30m

Ø=400x60x30/(0.75x0.5) = 1.920.000 Lumenes si elegimos una luminaria de 400 w-vapor de sodio de 50.000 lumenes, el número de luminarias será N=38,4 luminarias si colocamos 8 luminarias trasversales serán 8x5=40 luminarias.

Luminaria de Vapor de Sodio

Circuito de Control

MOTORES OBJETIVO Calcular y seleccionar el circuito alimentador de uno o varios motores. Para un Motor

L (m)

P=KxVxIxcosØxȠ

M

donde K = constante que depende del sistema de

unidades V= tensión entre fases, I=corriente en amp, cos Ø = factor de

potencia, Ƞ= rendimiento de la máquina. Ejemplo: Se tiene un motor de 10 Hp V=380v cos Ø = 0, 8 en atraso y un Ƞ = 0,75 Calcular y seleccionar el conductor alimentador si el motor se encuentra a 60 m de distancia. I=P(kw)/(KxVx Ƞxcos Ø)= 10kwx0,746/(Ѵ3x380vx0.75x0.8) I=0,0189x1000= 18,9 amp. Seleccionamos el conductor por capacidad de corriente, según el CEN par seleccionar el conductor tomo la corriente calculada y la multiplico por 1,25 o se el 25 %, quedando Id= 18,9x1,25=23,64 amp. Vamos a la tabla de conductores y seleccionamos el conductor por capacidad de corriente 3-1x4mm2+1x4 mm2+1x10 mm2(T) en un tubo EMT galvanizado de diámetro Ø =25 mm( 1 pulgada).

Ahora seleccionaremos por caída de tensión Debemos tener las características eléctricas del conductor seleccionado por capacidad 1Resistencia=6,56 ohm/km Reactancia= 0,177ohm/km

%V=KxKVA-m= (RxCOSØ+XxSENØ)/10(Kv)2xkva-m

%V=(0,177x0,8+0,6x6,56)/10(0,380)2x7,46x60x1000=6,3% La norma dice que debe ser menor o igual al 5 %, el conductor # 4mm2 no cumple por caída de tensión, debo elegir otro conductor superior. 3-1x6mm2THW+1x6 mm2THW+1x10 mm2THW(T) Ø= 25 mm con características eléctricas R= 0,164ohm/km X=3,94ohm/km y será %V=3,87% Cumple con la NORMA. Selección de la Llave (protección) El conductor seleccionado # 6 mm2 THW soporta 30 A a 40 A Id= 23,64 A para elegir la llave tomamos ILL=1,25xId=30 Amp. Elegimos la Llave de 3x30 Amp con una Icc= 18 kA (corriente de cortocircuito). Calcular y seleccionar el conductor alimentador de varios motores. L(m)

M1

M2

M3

Borneras de motores

Arranque Estrella Triangulo Este arranque se basa en conectar el motor en estrella sobre una red donde debe conectarse en triangulo. De esta forma durante el arranque los devanados del estator están a una tensión de Ѵ3 veces inferior a la nominal. Supongamos que tenemos un motor de 400/230 y una red de 230 v. El motor debe trabajar normalmente sobre esta red de 230v en triangulo, por lo tanto sus bobinas están a 230v. Ver en la figura que el motor tiene un consumo de 15 amp si se arranca de forma directa en triangulo sobre 230 v. Pero que pasa si lo conectamos en estrella en 230v y procedemos al arranque. Cual será su corriente de arranque.

Según la figura en conexión estrella sobre una red de 230v cada devanado soporta 127v con lo cual el estator genera un campo giratorio de menos inducción, el motor es débil y el par mecánico es mas bajo a la misma velocidad. Se demuestra midiendo corriente que hay una reducción de 1/3 en el par de arranque. Tres impedancias en triangulo consumen el triple de corriente que en estrella a la misma tensión de red. La secuencia de funcionamiento es la siguiente: 1. Se cierra KM1 y KM2 conectándose el motor en estrella y arrancando con los valores de par del punto 1 (KM2 cortocircuita a X-Y-Z). A continuación la velocidad va aumentando y el punto de funcionamiento del motor pasa al punto 2. 2. Transcurrido un pequeño tiempo ( de 2 a 5 seg) se abre KM2 y simultáneamente se cierra KM3 ( que cortocircuita a U-Z, V-X,W-Y) con lo cual el motor se conecta en triangulo, (salto del punto 2 al 3 ). Observar que en la bornera no existen laminas de puente, pues son los contactores los que realizan la unión para Y-Δ. KM2 para estrella y KM3 para triangulo. 3. Finalmente el motor evoluciona en triangulo desde el punto 3 al 4 donde el motor se estabiliza a la velocidad que corresponda en función del par de la carga.

Correccion del Factor de potencia Ejemplo Se tienen dos motores de igual Capacidad pero diferente CosØ Motor No 1

15 hp

380v

Ƞ=0.7 CosØ=0,4 en atraso

Motor No 2

15 hp

380v

Ƞ=0.7 CosØ=0,6 en atraso

Calcularemos las respectivas corrientes I1=56,74 Amp I2=37,82 Amp

Motor No 1 Ø= Arc Coseno 0,4=66,42 ° Diagrama fasorial V-I I Bobina L (de los motores) V

V Ø

atraso

Ø adelanto Condensadores

I

Ø=0° V I

Resistencia

Triangulo de potencia del motor M1 P=15x0,746xcos(66,42)=4,47Kw Ø=66,42 Q=15x0,746xsen(66,42)=10,26Kvar

Triangulo de potencias del motor M2

P=15x0,746xcos(53,13)=6,71Kw Ø=53,13 QL=15x0,746xsen(53,13)=8,95 Kvar Conclusion El motor M1 esta consumiendo mayor cantidad de corriente por tener el cos Ø =0,4 menor que el M2. Corrección del Factor de potencia Legalmente el estado penaliza a las empresas cuando su factor de potencia esta por debajo a o,98 en atraso. Por lo tanto las empresas se ven obligadas a corregir su factor de potencia a 0,98 en atraso, para ello debemos inyectar potencia reactiva capacitiva para contrarrestar a la potencia reactiva inductiva.

S QC(inyectada) P Ø=11,47

QLf QL S

Qcr=QL-Qley Qley=SxSen (11,57)=VefxIefxSen(11,57) Ejemplo Motor M2 Potencia activa=6,71 kw Qley=Pxtg(11,57)=6,71kwx0,2=1,37 Kvar Qcr= QL-Qley=8,95kvar-1,37kvar=7,58 kvar Calculo de la capacidad de los condensadores a ser instalados para corregir el cos Ø=0,98 en atraso (inductivo) Qcr= XcxI2= 1/wc(I2)= C= I2/Qcrxw= (26,63)2/6.28x7,58=14,89x10-3= 14,89 mili faradios. Celda de media tension

MOTOR CON VARIADOR DE FRECUENCIA

Motor con variador de frecuencia