EXAMEN PARCIAL:MARCO TEORICO:

CARGA INSTALADA

La carga instalada es la carga total que tienes en este caso en la instalación, esto quiere decir es la suma de toda los watts de todos tus equipos.

MAXIMA DEMANDA

Equivale a la máxima potencia que va utilizar durante un tiempo de vida util proyectada para la vivienda. Por lo tanto, su unidad de medida es el vatio y generalmente se expresa en kW (kilo vatios o mil vatios).

FACTOR DE DEMANDA

El factor de demanda en un intervalo d de un sistema de distribución o de una carga, es la relación entre su demanda máxima en el intervalo considerado y la carga total instalada. Obviamente el factor de demanda es un número adimensional; por tanto la demanda máxima y la carga instalada se deberán considerar en las mismas unidades, el factor de demanda generalmente es menor que 1 y será unitario cuando durante el intervalo d todas las cargas instaladas absorban sus potencias nominales.

CODIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD – UTILIZACION

SECCION 030CONDUCTORES

ALCANCE:

Esta sección se aplica a conductores para alumbrado, para equipos electrodomésticos y para circuitos de suministro de energía, y no a otro tipo de conductores, a menos que sea específicamente referido en alguna otra sección del código.

SECCION MINIMA DE CONDUCTORES:

Todos los conductores deben ser de cobre y no pueden tener una sección menor de 2.5 mm2 para los circuitos derivados de fuerza y alumbrado y 1.5 mm2 para los circuitos de control de alumbrado; con excepción de cordones flexibles, alambres para equipos; y alambres o cables para circuitos de control.

SECCION 050CARGAS DE CIRCUITOS Y FACTORES DE DEMANDA

Calculo de corrientesEn el calculo de corrientes que resulten de cargas expresadas en watts o votl-amperes por sistemas de corriente alterna de baja tension, se deben emplear las tensiones nominales de 220 V o 380 V, según corresponda, o cualquier otra tension nominal dentro del rango de baja tension de 1000 V o menos, que sea aplicable.

Caida de tension1) Los conductores de los alimentadores deben ser dimensionados para que:a) La caida de tension no sea mayor del 2.5%.

b) La caida de tension total maxima en el alimentador y los circuitos derivados hasta la salida o punto de utilizacion mas alejado, no exceda del 4%.

2) Los conductores de los circuitos derivados deben ser dimensionados para que:a) La caida de tension no sea mayor del 2.5%.b) La caida de tension total maxima en el alimentador y los circuitos derivados hasta la

salida o punto de utilizacion mas alejado, no exceda del 4%.

3) En la aplicación de la subregla (1) anterior se debe emplear la carga conectada al circuito derivado, si esta es conocida; en caso contrario, el 80% de la menor capacidad nominal de regimen de los dispositivos de proteccion del circuito derivado contra sobrecarga o sobrecorriente.

SECCION 060PUESTA A TIERRA Y ENLACE EQUIPOTENCIAL

ObjetivoLa puesta a tierra y el enlace equipotencial deben ser hechos de tal manera que sirvan para los siguientes propósitos:a) Proteger y cuidar la vida e integridad física de las personas de las consecuencias que

puede ocasionar una descarga eléctrica, y evitar daños a la propiedad, enlazando a tierra las partes metálicas normalmente no energizadas de las instalaciones, equipos, artefactos, etc.

b) Limitar las tensiones en los circuitos cuando queden expuestos a tensiones superiores a las que han sido diseñados.

c) En general para limitar la tensión de fase a tierra a 250 V, o menos, en aquellos circuitos de corriente alterna que alimentan a sistemas de alambrado interior.

d) Limitar las sobretensiones debidas a descargas atmosféricas en aquellos circuitos que están expuestos a estos fenómenos.

e) Facilitar la operación de equipos y sistemas eléctricos.

Puesta a tierra de sistemas y circuitosCircuitosLos circuitos deben ponerse a tierra, según sea necesario, de acuerdo con lo establecido en esta seccion.

Conexiones de puesta a tierra en sistemas de corriente alternalos circuitos de corriente alterna que han de ser conectados a tierra deben tener:a) Una conexión a un electrodo de puesta a tierra por cada acometida individual, salvo

que sea como se establece en la regla 060-200.

b) La conexio de puesta a tierra hecha en el lado de alimentacion del dispositivo de desconexion, bien sea en la caja de conexión, de toma u otro eqipo de conexión. En el caso de areas o construcciones para crianza de animales, la conexión de la puesta a tierra se debe hacer mediando otro dispositivo, especificamente diseñado para ese fin, y localizado en el circuito a tierra, ubicado a no mas de 3m de equipo de conexión

c) Por lo menos una conexión adicional con el electrodo de puesta a tierra en el transformador o en otra parte.

d) Ninguna conexión entre el conductor de puesta a teirra del circuito, en ele lado de la carga del dispositivo de desconexion de la acometida, y el electrodo de puesta a tierra, salvo como se establece en la regla 060-208

Conductores que deben ser puestos a tierraPara sistemas de alambrado de corriente alterna, los conductores deben ponerse a tierra, según se indica a continuacion:a) Circuito monofasico de dos hilos: el conductor identificadob) Circuito monofasico de tres hilos: el conductor identificado como neutroc) Sistema multifasico que tiene un conductor comun para todas las fases: el conductor

identificado como neutrod) Sistema multifasico que tiene una fase puesta a tierra, el condictor identificadoe) Sistema multifasico en los cuales una fase es itilizada como se indica en el parrafo b: el

conductor identificado

En sistemas multifasicos en los cuales una fase se una como sistema monofasico de 3 hilos, solamente una fase debe ponerse a tierra.

PROCEDIMIENTO:Se tiene un terreno de 300.00 m2 cuyas dimensiones son: Largo: 25 mAncho: 12 mEn la cual se va construir una casa habitación, calificada como vivienda de Segunda Categoría R3 cuya carga móvil (C.M.) es de 2000w con un factor de demanda de 0.3 y de las siguientes características:

PRIMERA PLANTA:Car port CocinaComedorDos bañosHallSalaEstudioLavanderíaDormitorio servicioJardín

SEGUNDA PLANTA:Cinco dormitoriosDos bañosEscaleraHallEstudio

Según el plano de arquitectura se tiene los siguientes datos:

AREA DEL TERRENO 300.00 m21. AREA TECHADA DE LA PRIMERA PLANTA 112.00 m22. AREA TECHADA DE LA SEGUNDA PLANTA 100.00 m23. AREA TECHADA TOTAL 212.00 m24. AREA LIBRE 188.00 m2

Ahora bien, esto es lo respecta a las áreas techadas y no techadas, que conforman la parte de la arquitectura; para la parte eléctrica tendremos que saber si tendrá cocina eléctrica y además si se instalara calentador eléctrico para agua, bombas eléctricas, etc. El que será determinado en el proyecto de instalaciones sanitarias, se determinara también si habrá algunos artefactos electrodomésticos, en fin, llegar a saber todos los artefactos electrodomésticos que tendrá el propietario, en especial los que consumen mayor energía eléctrica (mayor de 1.00 kW).

Como una noción de saber, que artefactos electrodomésticos consumen mayor energía eléctrica, es necesario recordar el principio que en todo artefacto electrodoméstico en el que la energía eléctrica es transformada en energía calorífica, es decir, producen calor, está constituido por una o más resistencias. Estos artefactos electrodomésticos por lo general son: cocina eléctrica, estufa, watfera, calentadores para agua (terma), lavadoras para ropas automáticas como calentador para agua, secadoras de pelo y otros.

Como se podrá apreciar, es necesario considerar si estos artefactos son parte del conjunto de artefactos del propietario, ya que esto influye enormemente en el cálculo de la sección del conductor alimentador, especialmente en la zona de la cocina.

Ahora bien, si no se cuenta con una relación de los artefactos electrodomésticos que consumen mayor energía eléctrica, el Ingeniero Proyectista deberá considerar reservas para la instalación futura de una cocina eléctrica, así sepa que el propietario no tendrá cocina eléctrica.

Lo que si más bien se puede y de hecho se llega a saber, es si tendrá o no agua caliente, y esto se hace observando el Proyecto de Instalaciones Sanitarias y/o el Plano de Arquitectura, ya que en este último caso bastara ver que el Arquitecto Proyectista haya considerado la ubicación del calentador para agua. Con estos datos podemos iniciar lo que se llama solución al Proyecto, por lo que en principio iniciaremos con el cálculo del Conductor alimentador, antes debemos definir algunos aspectos importantes a saber.

De acuerdo al Código Nacional de Electricidad – Utilización, se indica que para casas habitación (que no sean hoteles), debe considerarse una carga unitaria por m2 de área techada de 25 WATTS para alumbrado, que da como resultado un valor llamado Carga Instalada (C.I.) de alumbrado y que también podemos considerar como carga de alumbrado y tomacorriente.

Para la carga instalada de los tomacorrientes se deberá tener en cuenta lo indicado en C.N.E – Normas de Utilización y donde dice que la carga calculada para cada uno de los circuitos derivados de los tomacorrientes deberá incluir no menos de 1500 watts por cada

circuito derivado de dos conductores para artefactos pequeños, se permite que estas cargas se consideren como cargas de alumbrado general y estarán sujetas a los Factores de Demanda indicados en la tabla 3 – V.

Para hallar la Máxima Demanda se deberá tener en cuenta los FACTORES DE DEMANDA (M.D.), aplicarse a la Carga Instalada y se deberá hacer de acuerdo a los siguientes valores:

TABLA DE VALORES N° 01

De los primeros 2000 W (o menos)………………………………..…………100%

Los siguientes hasta 118000 W ……………………………………………….35%

Exceso sobre 12000 W …………………………………………………………25%

CALCULO DE LAS CARGAS INSTALADAS (C.I.)

1. Primera carga instalada (C.I.1)

Área techada = 212.00 m2

C . I .1=212.00 (m2 ) x25 (W /m2)(1)

C . I .1=5300w

Esta C.I.1 nos da un valor, dentro del cual está considerado todo el alumbrado y los tomacorrientes donde se conectaran todos los artefactos electrodomésticos incluyendo los accionados por motor, tales como licuadoras, batidoras, etc. Para lo cual se calculara en base a lo indicado en el C.N.E – Normas de Utilización.

2. Primera carga instalada (C.I.2)Para el caso de los tomacorrientes vemos que en el proyecto de instalaciones eléctricas interiores, se ha considerado dos circuitos de tomacorrientes, para lo cual tendremos que ponerle 1500w al circuito que pasa por la cocina como una reserva o un factor de seguridad que nos representara los pequeños usos que se instalaran y consumirán en la cocina.

C . I .2=1500w

En consecuencia tenemos que estos 1500w, representan las cargas para artefactos de pequeña carga en unidades de vivienda, tales como equipos de refrigeración, los de cocinas, lavanderías, despensas (reposteros), comedor.

NOTA:Cabe hacer hincapié que es esta carga instala (C.I.1) no está considera la cocina eléctrica, el calentador para agua, ni otros que consumen energía eléctrica en cantidades apreciables mayores de 1kw, porque se considera como cargas especiales.

C . I .1=Areatechada (m2 )x carga unitaria(W /m2)

3. Primera carga instalada (C.I.3)De igual manera se debe considerar las cargas móviles que corresponden a un valor según la ubicación del predio, que para nuestro caso está dentro de la zonificación R3 que representa un valor de 2000w con un factor de 0.3 por ser para vivienda.

C . I .3=2000w x0.3

C . I .2=600w

4. Primera carga instalada (C.I.4)Por otra parte debemos considerar que en las áreas no techadas, si el proyectista considera que iluminara, entonces deberá considerar a las áreas libres con una carga unitaria de 5w/m2, valor que, si bien no está establecido en el C.N.E es válido y se puede tomar como referencia.

Área libre = 188.00 m2

C . I .4=188.00 (m2 )x 5(W /m2)

C . I .4=940w

Es necesario considerar ahora, después que hemos calculado alumbrado, tomacorrientes y jardines o áreas libres, lo correspondiente a las cargas mayores o cargas especiales.

CALCULO DE LAS CARGAS ESPECIALES

COCINA ELECTRICA: (trifásico)Para este caso debemos considerar una cocina eléctrica con horno, que tiene un consumo de 8000w. Cuando se trata de cocinas sin horno tenemos que la cocina sola. Cuando tiene dos hornillas consume 3500w, si se trata de una cocina de cuatro hornillas sin horno, esta tendrá 5000w.Para nuestro caso tenemos trabajaremos con una cocina de 8000w.

C . I .5=8000w

CALENTADOR PARA AGUA: (monofásico)Tenemos el calentador para agua; antes de considerar el consumo en watts, tenemos que saber de cuantos litros será éste y esto lo sabemos de acuerdo al volumen de agua que tendrá, así pues, los valores aproximados de consumo de energía de los calentadores de agua son:

VOLUMEN ( litros) POTENCIA EN (WATTS)35 75065 110095 1200130 1500

C . I .3=2000w x factor de seguridad

C . I .4=Arealibre (m2 )x 5(W /m2)

Elegimos a criterio un calentador para agua de 95 litros, ósea:

C . I .6=1500w

LAVADORA SECADORA:Para este caso consideraremos una lavadora secadora de 1300w.

C . I .7=1300w

BOMBA DE AGUA:Para elegir una bomba de agua debemos tener en cuenta la altura de bombeo que se realizara, en este caso para dos pisos, elegiremos con una potencia de 700w.

C . I .8=700w

BOMBA RECIRCULANTE:Estas bombas son diseñadas para recircular agua en sistemas de filtración de piscinas domésticas y colectivas y con gran poder de aspiración. Elegiremos con una potencia de 250w.

C . I .9=250w

Según el propietario, solo tendrá estos 5 artefactos que consume energía eléctrica en cantidades (cocina eléctrica, calentador para agua, lavadora secadora, bomba de agua, bomba recirculante).

CALCULO DE LA CARGA INSTALADA TOTAL (C.I.T.)

En consecuencia, resumiendo lo anterior, podemos sumar las diferentes cargas instaladas calculadas y obtener una Carga Instalada Total.Por consiguiente:

C . I .T=(5300+1500+600+940+8000+1500+1300+700+250 )w

C . I .T=20090w

C . I .T=C . I .1+C . I .2+C . I .3+C . I .4+C . I .5+C . I .6+C . I .7+C . I .8+C . I .9

CALCULO DE LA MAXIMA DEMANDA (M.D.)

Para el cálculo de la Máxima Demanda debemos considerar cada una de las cargas instaladas y aplicarles las tablas correspondientes dadas por el Código Nacional de Electricidad y otras normas oficiales adaptables al cálculo de la máxima demanda.

Por consiguiente tenemos:

C.I. X f.d. M.D.M.D.1 2000 1.00 2000 wM.D.2M.D.3 6340 0.35 2219 wM.D.4M.D.5 8000 0.80 6400 wM.D.6 1500 1.00 1500 wM.D.7 1300 0.60 780 wM.D.8 700 1.00 700 wM.D.9 250 1.00 250 wM.D.T 13849 w

Para hallar la Máxima Demanda Total tenemos que usar las Máximas Demandas y sumarlas obteniendo así:

M .D .T=13849w

Una vez obtenido la máxima demanda total, siendo importante este valor dado que nos sirve para calcular la sección del conductor alimentador desde el medidor de energía eléctrica hasta el tablero general o tablero de distribución.

CALCULO DE LA SECCION DEL CONDUCTOR ALIMENTADOR

Al principio debemos calcular primero sobre la base de la capacidad del conductor para transportar una determinada corriente en amperios, calculo que se le denomina por capacidad y luego se debe calcular por caída de tensión.

A continuación realizaremos el cálculo por capacidad:

POR CAPACIDAD:

Dónde:

IN = Es la corriente nominal a transmitir por el conductor alimentador en amperios.

M.D.T = Suma de las máximas demandas parciales dadas en watts.

V = Tensión de servicio en voltios (v = 220 voltios).

IN=Maxima demandatotal enwatts

k x v x cosɸ

K = factor que depende del suministro, tenemos lo siguiente:

Para monofásico k = 1

Para trifásico k = √3

cos ɸ = Factor de potencia estimado (para el caso de residencias se considera un valor igual a 0.9)

Reemplazando datos tenemos:

IN=13849w

√3 x220 v x 0.90

IN=40.38 Amp.

HALLANDO LA CORRIENTE DE DISEÑO (I.D.)

Dónde:

f.s = factor de seguridad (1.15)ID = corriente de diseño

ID=40.38 Amp x1.15=46.44 Amp

ID=55.00 Amp .

Este valor hallado será la corriente cuya capacidad debe soportar el conductor para lo cual recurrimos a las tablas de “INTENSIDAD DE CORRIENTE PERMISIBLE EN AMPERIOS DE LOS CONDUCTORES DE COBRE AISLADO” que para este caso es:

- Ducto: ½”- Calibre: 6- Calibre métrico: 16 mm2 Tw

Por consiguiente el conductor alimentador será de:

3 – 1 x 16mm2 Tw + 1 – 16mm2 en PVC 25mm Φ

GRAFICO 1

ID=IN x f . s

L = 0.10 + 0.30 + 1.50 + 0.10 + 6.50 + 0.10 + 1.85

L = 10.45 m

POR CAIDA DE TENSION:

ΔV=√3x 55x 0.0175 x10.4516

ΔV = 1.09 V

El C.N.E indica que será un máximo de 5.5V………….. (2.5% de 220V)

Sabemos que en una casa habitación no hay demasiadas cargas continuas, salvo de una refrigeradora o congeladora sistema de llamadas sonoras o timbre y en muy raros casos el sistema de aire acondicionado, esto nos indica que en cargas continuas quizás haya un 6% que con el 125% no alcanza a más del 8%, lo cual significa que nuestro valor de I=40.38 Amp, podemos agregar sin ningún problema hasta un 15% más y como mínimo un 9%. Luego nuestro valor de corriente se podrá aumentar desde un 9% hasta un 15%.

Así pues de acuerdo a nuestra experiencia podemos considerar que este aumento sea hasta un 15% como máximo, queriendo decir con esto que se puede poner porcentajes menores tales como el 10%, 9%, ya que determinar este porcentaje de aumento depende de la experiencia y criterio del proyectista, es mas en algunos casos podemos considerar un 25% más porque así lo requiera nuestro proyecto.

CIRCUITOS ESPECIALES

a) COCINA ELECTRICA

IN=8000w

√3 x220 v x 1.00

IN=20.99 Amp .

Hallando la corriente de diseño:

ID=20.99 Amp x 1.20=25.19 Amp=25 Amp

Con este valor y teniendo en cuenta la tabla de intensidades de corriente admisible en conductores para instalaciones en general, podemos ver que el conductor de 4mm2 admite hasta 25 amperios en consecuencia por capacidad es correcto su uso, pero

ΔV= K x I x δ x LS

debemos pensar que en los interruptores comerciales no hay 25 Amp, sino de 30 Amp, en consecuencia podemos decir que debemos considerar el valor de 30Amp.

DATOS DESCRIPCIONCAPACIDAD CORRIENTE 30 Amp.

DUCTO 1/2"CALIBRE (AWG/MCM) 10

CALIBRE METRICO 6 mm2

Así como anterior oportunidad precedemos a calcular por caída de tensión para lo cual debemos ver la longitud desarrollada entre el tablero de distribución y la salida de la cocina eléctrica. Además debemos tener presente que la caída de tensión entre el tablero de distribución y al punto de utilización más alejado debe ser de 1.5% de 220V, ósea 3.3V.

GRAFICO 2

L = 1.85 + 0.10 + 2.80 + 0.10 + 0.60

L = 5.45 m

POR CAIDA DE TENSION:

ΔV=√3x 25.19 x 0.0175 x5.456

ΔV = 0.69 V < 3.3 V

Así tenemos que la sección del conductor hallado es el correcto tanto por capacidad como por caída de tensión.

b) CALENTADOR PARA AGUA

Sabemos que la ubicación del calentador para agua, siempre está en la segunda planta o mayormente en la azotea, esto no indica que el cálculo de la sección del conductor debe efectuarse, en especial el de caída de tensión dado que es una distancia apreciable.

GRAFICO TERMA

Datos del calentador para agua:

CAPACIDAD 130 litrosPOTENCIA 1500WSISTEMA MonofásicoTENSION 220V

FRECUENCIA 60 Hzcos ɸ 1.00

Procedemos al cálculo de la intensidad:

IN=1500w

1.00 x 220v x 1.00

IN=6.82 Amp .

Hallando la corriente de diseño, incrementando en un 12% como reserva:

ID=6.82 Amp x 1.12=7.64 Amp

Con este valor hallado recurrimos a las tablas de corriente permisible en amperios de los conductores de cobre aislados, tenemos que para esta corriente el conductor de 1.5 mm2 Tw es suficiente ya que tiene una capacidad hasta 10 amperios.

Pero nosotros no podemos poner un conductor de menor sección, debido a que el Código Nacional de Electricidad – Normas de utilización prohíbe el uso de conductores de secciones menores a 1.5 mm2