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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL LA PLATA

FUERZA MOTRIZ INSTALACIONES INDUSTRIALES Año 2005 Ing. Carlos A. Simonetti

INSTALACIONES INDUSTRIALES INGENIERIA MECANICA Año 2005

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ELEMENTOS COMPONENTES DE UNA INSTALACION ELECTRICA Una instalación eléctrica es una combinación de elementos con propiedades diferentes, de modo tal que por medio de ellos se puede conducir un flujo de electrones hacia un dispositivo determinado, y así obtener trabajo mecánico. Los principales elementos de una instalación eléctrica son: • • • • • • • • • •

Conductores eléctricos Interruptores o seccionadores Contactores Relevadores térmicos Relevadores termomagnéticos Fusibles Cajas de distribución Cañerías para el alojamiento de los conductores Tableros Otros

Conductores eléctricos Son los encargados de transportar la energía eléctrica. El reglamento de la Asociación Electroténica Argentina establece que los conductores deben responder a las normas IRAM que admiten o reglamentan también los conductores de aluminio. Los conductores pueden ser clasificados en tres grupos o clases: 1. 2. 3.

Conductores desnudos. Conductores cubiertos, sin aislación eléctrica propiamente dicha. Conductores aislados.

Desde el punto de vista práctico, los del segundo grupo se consideran como conductores desnudos. El reglamento del código de edificación establece que los conductores deben ser de cobre, con una resistencia no mayor a 0,01784 ohm/m para una sección de 1 mm2 y a una temperatura de 20 °C. Características de los conductores desnudos Los conductores desnudos o los cubiertos sin aislación, se emplean en forma restringida, como por ejemplo en bajadas de pararrayos, líneas de iluminación exterior, siempre que queden fuera del alcance de las personas, y para red de distribución domiciliaria o industrial. Existen diferentes tipos de conductores desnudos, siendo los más comunes los multifilar de cobre y de aluminio.

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Conductores Aislados (Conductores para instalaciones fijas en inmuebles) Un tipo de conductor aislado, conocido comúnmente como goma-trenza, esta constituido por un alambre de cobre con un baño de estaño, aislado por una capa de goma vulcanizada y recubierto por una trenza e algodón impregnada en barniz especial. Las secciones superiores a 50 mm2 llevan, además, una cinta de algodón engomada, ubicada entre la goma vulcanizada y la trenza, para otorgarle resistencia mecánica. Estos conductores actualmente han sido reemplazados por conductores con aislación de PVC. A diferencia de los primeros, éstos conductores están formados por un alambre o un cable de cobre, sin estañar, recubierto por una capa de PVC, lo cual lo hace más económico. Además, el PVC especial, tiene la propiedad que al ser sometido a altas temperaturas desprenden gases que reaccionan con el oxigeno del aire, evitando la combustión con llama. El conductor se carboniza sin producir llama. Las secciones que se fabrican responden a las normas IRAM. CABLES PARA CAÑERIAS EMBUTIDAS O A LA VISTA

Espesor de aislación nominal

Diám. exterior aprox.

Peso aprox.

Intensidad de corriente admisible en cañerías (2)

Intensidad de corriente admisible al aire libre (2)

mm

mm

mm

Kg/Km

A

A

0,75 1,0 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120

0,21 0,21 0,26 0,26 0,31 0,31 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,51 0,51 0,51

0,6 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 1,0 1,0 1,2 1,2 1,4 1,4 1,6 1,6

2,4 2,8 3,0 3,7 4,2 4,8 6,1 7,9 9,8 11,1 13,6 16,1 18,3 19,7

12 16 21 32 46 65 110 185 290 390 550 785 1000 1250

8 10,5 13 18 24 31 42 56 73 89 108 136 164 188

10 12 15,5 21 28 36 50 68 89 111 134 171 207 239

Reactancia a eléctrica máxima a 20°C y CC

Diámetro máximo de alambres del conductor

mm2

Caída de tensión

Sección nominal

Cables con conductores de Cu

V/Km Ohm/ Km 50 37 26 15 10 6,5 3,8 2,4 1,54 1,2 0,83 0,61 0,48 0,39

26 19,5 13,3 7,98 4,95 3,3 1,91 1,21 0,78 0,554 0,386 0,272 0,206 0,161

(2) 3 cables en cañerías embutidas en mampostería o al aire libre dispuestos en plano, temperatura ambiente 30°C (no se considera el de protección).

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(3)cables en contacto en corriente alterna monofásica 50Hz, cosθ = 0,8 (no se considera el de protección).

Coeficientes de corrección de la corriente admisible: Para dos cables en cañería los valores de intensidad admisible se deberán multiplicar por 1,10; si los cables instalados son de 4 a 6 multiplicar por 0,8 y si su número es de 7 a 9 cables, el coeficiente de multiplicación será de 0,7. En aire libre se multiplica por 1,12. Para temperatura ambiente de 40°C multiplicar por 0,89. CABLES SUBTERRANEOS

Espesor de vaina nominal

Diám. exterior aprox.

Peso aprox.

mm

mm

mm

Kg/Km

4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500 630

2,5 3 3,9 5,0 6,0 7,0 8,1 9,8 11,5 13,0 14,4 16,1 18,5 20,7 23,3 26,4 30,0

1,0 1,0 1,0 1,0 1,2 1,2 1,4 1,4 1,6 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 2,8

A

A

Ohm/ Km

Reactancia a 50 Hz.

Espesor aislante nominal

mm

Resistencia máxima a 70 °C y 50 Hz.

Diámetro conductor

mm2

Intensidad de corriente admisible en servicio continuo en aire en reposo Intensidad de corriente admisible en servicio continuo enterrado a 70 cm.

Sección nominal

Cables con conductores de Cu

Ohm/ Km

Unipolares (almas de color marrón)

1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,5 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,1

8 9,5 10,5 11 11,7 12,7 14,1 16 18 20 22 24 27 30 33 37 41

95 140 190 250 350 450 580 790 1070 1300 1600 2000 2600 3250 4100 5200 6500

41 53 69 97 121 149 181 221 272 316 360 415 492 564 700 758 879

54 68 89 116 148 177 209 258 307 349 390 440 510 574 700 744 848

5,92 3,95 2,29 1,45 0,873 0,628 0,464 0,324 0,232 0,184 0,150 0,121 0,0911 0,0730 0,0581 0,0462 0,0369

0,300 0,280 0,269 0,0248 0,242 0,234 0,224 0,215 0,206 0,200 0,194 0,189 0,182 0,176 0,171 0,165 0,159

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Espesor aislante nominal

Espesor de vaina nominal

Diám. exterior aprox.

Peso aprox.

Intensidad de corriente admisible en servicio continuo en aire en reposo

Intensidad de corriente admisible en servicio continuo enterrado a 70 cm.

mm

mm

mm

mm

Kg/Km

A

A

Reactancia a 50 Hz.

Diámetro conductor

mm2

Resistencia máxima a 70 °C y 50 Hz.

Sección nominal

Cables con conductores de Cu

Ohm/Km Ohm/Km

Bipolares (almas de color marrón y negro) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35

1,5 2 2,5 3 3,9 5,0 6,0 7,0

0,8 0,8 1,0 1,0 1,0 1,0 1,2 1,2

1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8

11,5 12,5 14 16 17 22 23 25

180 215 295 360 500 780 1030 1300

15 21 28 37 50 64 86 107

25 35 44 56 72 94 120 144

15,9 9,55 5,92 3,95 2,29 1,45 0,873 0,628

0,108 0,0995 0,0991 0,0901 0,0860 0,0813 0,0803 0,0779

15,9 9,55 5,92 3,95 2,29 1,45 0,873 0,628 0,464 0,321 0,232 0,184 0,150 0,121 0,0911 0,0730

0,108 0,0995 0,0991 0,0901 0,0860 0,0813 0,0803 0,0779 0,0777 0,0736 0,0733 0,0729 0,0720 0,0720 0,0716 0,0714

Tripolares ( almas de color marrón, negro y rojo) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300

1,5 2 2,5 3 3,9 5 6 7 8,1 10,9 12,7 14,2 15,9 17,7 20,1 22,5

0,8 0,8 1 1 1 1 1,2 1,2 1,4 1,4 1,6 1,6 1,8 2 2,2 2,4

1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 2 2,1 2,2 2,4 2,5 2,7 2,9

12 13 15 16 18 23 25 27 29 30 33 36 40 44 49 56

200 245 345 425 500 950 1300 1650 2150 2400 3250 3950 4900 6000 7800 9750

15 21 28 37 50 64 86 107 128 160 196 227 267 300 358 418

25 35 44 56 77 94 120 144 176 214 254 289 325 368 428 486

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Espesor aislante nominal

Espesor de vaina nominal

Diám. exterior aprox.

Peso aprox.

Intensidad de corriente admisible en servicio continuo en aire en reposo

Intensidad de corriente admisible en servicio continuo enterrado a 70 cm.

mm

mm

mm

Mm

Kg/Km

A

A

1,5 2,5 4

1,5 2 2,5

Reactancia a 50 Hz.

Diámetro conductor

mm2

Resistencia máxima a 70 °C y 50 Hz.

Sección nominal

Cables con conductores de Cu

Ohm/Km Ohm/Km

Tetrapolares (almas de color marrón, negro, rojo y azul claro) 0,8 0,8 1

1,8 1,8 1,8

13 14 16

230 290 410

15 21 28

25 35 44

15,9 9,55 5,92

0,108 0,0995 0,0991

Tetrapolares ( almas de color marrón, negro, rojo y azul claro) 6 10 16 25/16 35/16 50/25 70/35 95/50 120/70 150/70 185/95 240/120 300/150

3 3,9 5 6/4,8 7/4,8 8,1/6 10,9/7,2 12,7/9,2 14,2/10,9 15,9/10,9 17,7/12,7 20,1/14,2 22,5/15,9

1 1 1 1,2/1 1,2/1 1,4/1,2 1,4/1,2 1,6/1,4 1,6/1,4 1,8/1,4 2/1,6 2,2/1,6 2,4/1,8

1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,9 2 2,2 2,3 2,4 2,6 2,8 3

18 20 24 26 28 32 31 36 39 43 47 53 60

510 730 1149 1500 1800 2400 2800 3800 4700 5600 7050 9050 10300

37 50 64 86 107 128 160 196 227 261 300 358 418

56 72 94 120 144 176 214 234 289 325 368 428 486

3,95 2,29 1,45 0,873 0,628 0,464 0,321 0,232 0,184 0,150 0,121 0,0911 0,0730

0,0901 0,0860 0,0813 0,0803 0,0779 0,0777 0,0736 0,0733 0,0729 0,0720 0,0720 0,0716 0,0714

Cables en aire: se considera tres cables unipolares en un plano sobre bandeja y distanciados un diámetro o un cable multipolar solo, en un ambiente a 40°C. Cables enterrados: tres cables unipolares colocados en un plano horizontal y distanciados 7 cm. o un cable multipolar solo, enterrado a 0,70 m. de profundidad en un terreno a 25°C y 100°C.cm/w de resistividad térmica. Para otras condiciones de instalación emplear los coeficientes de corrección de la corriente admisible.

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TIPOS DE INSTALACIONES Tipo de Instalación

Forma de colocación de los conductores

Forma de Protección de los conductores

Observaciones

Aislación del conductor

Conductor simple aislado sobre aisladores

Vaina de Plomo o PVC

Conductor aislado multipolar en vainas de Plomo o PVC

Alojados en tubos

Tubo metálico o plástico

Conductor simple aislado unipolar

Alojados en tubos

Hormigón armado y tubo

Conductor simple aislado unipolar

Alojados en canales especiales

Paredes de canal

Conductor tipo subterráneo

Directamente enterrados

Protección superior con losetas o ladrillos

Conductor tipo subterráneo

Alojados en canales o conductos

Paredes del tubo

Conductor tipo subterráneo

Superficial A la vista

Embutidas en obras de hormigón y albañilería

Subterránea

CAJAS, CAÑERIAS Y ACCESORIOS En las instalaciones eléctricas, tanto domiciliarias como industriales, los conductores eléctricos se alojan en cañerías que pueden estar embutidas en los muros o correr sujetas a los mismos. Otra posibilidad es colocar los tubos enterrados, si la instalación lo permite. Los elementos de corte y maniobra, como las llaves interruptoras, los tomacorriente y otros elementos, se colocan fijados en cajas especialmente diseñadas y destinadas para tales fines. CAÑOS RIGIDOS DE ACERO Los caños de acero para instalaciones eléctricas se fabrican en tres modelos: livianos, semipesados y pesados. Son del tipo con costura y se someten a un tratamiento térmico de recocido para darle propiedades que permitan su doblado en frío. De éstos tres modelos, el más empleado es el tipo liviano, disponible en tramos de tres metros de longitud, con rosca whitworth eléctrica en los extremos. Las uniones entre ellos se realiza mediante cuplas, curvas o cajas.

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Designación Diámetro comercial exterior medio

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Espesor de pared

∅ ( pulg)

mm.

mm.

½”

12,56 15,74 18,9 22,08 25,25 31,6 37,94 50,64

1 1 1 1 1 1,25 1,25 1,5

5/8”

¾” 7/8” 1” 1 ¼” 1 ½” 2”

Rosca Filetes por pulgada 18 16 16 16 16 16 14 14

Peso por metro sin cupla gr. 300 370 455 560 655 940 1100 1800

Instalaciones Subterráneas : se ejecutan realizando una canaleta a una profundidad P de unos 80 cm. También pueden realizarse canaletas de material, con tapas o losas o semejantes (fig. 143) o canales de chapa metálica, amuradas al piso como la de la fig. 144.

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CALCULO Y CONSIDERACIONES PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES ELECTRICOS Una alternativa es seleccionar los conductores mediante el uso de ábacos; la otra opción es realizar los cálculos teniendo en cuenta la intensidad de corriente máxima que circula y la ubicación del conductor, ya sea a la intemperie , en mampostería o subterráneo, la longitud del conductor y la temperatura exterior. La Norma DIN establece que la densidad de corriente máxima para los conductores de cobre debe ser de 6 Amperes/mm2 si el conductor se encuentra a la intemperie. Esto significa que si circula una corriente de 12 Amperes, la sección del cable deberá ser de 2 mm2. Si el cable se encuentra en mampostería junto a otro conductor que transporta corriente, la densidad máxima de corriente debe multiplicarse por un factor, que en este caso vale 0,8. Si en lugar de dos, los conductores fueran cuatro, este factor valdría 0,6. Estos valores empíricos están tabulados en las Normas IRAM para los distintos casos, y con ellos se construyen los ábacos. Otro factor a tener en cuenta es la longitud del cable, debido a que ésta influye directamente sobre la resistencia y por ende sobre la caída de tensión en la línea. Las caídas de tensión en las líneas no debe superar el 5% de la tensión nominal, y en el caso de arranque de motores, la caída de tensión no debe superar al 10% de la nominal, es decir que si se dispone de una tensión de 220 V, en la parte de consumo debe haber como mínimo 211 V, y si se trata de un motor en el momento del arranque únicamente habrá un mínimo de 200 V. Como conclusión se debe comprobar que los cables verifiquen las dos condiciones, la densidad de corriente admisible y la caída de tensión dentro de los valores permitidos. CALCULO DE LOS CONDUCTORES Dado un conductor de longitud l (m), hecho de un material con una resistencia específica ρ (Ω.mm2/m) y cuya sección es Sc (mm2), éste ofrece una resistencia al paso de corriente cuyo valor está dado por: Rc = ρ . l Sc

además

Sc = I (Amp) J.γ

Donde J = 6 Amp/mm2 = densidad de corriente Sc = sección transversal del conductor (mm2) γ = coeficiente de disipación = entre 0,6 y 0,8 Por lo tanto:

Sc = I / (6 Amp. γ)

(1)

Siendo ∆U = 0,05 U = I. Rc Sc = ρ . l . I (2) ∆U como el conductor debe cumplir ambas condiciones: Y, además:

ρ . l . I ≤ 0,05 U Sc

∴

Sc = I / (J. γ)

Sc = ρ . l . I 0,05 U

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CONEXION A UNA LINEA TRIFASICA

CONEXIÓN TRIFASICA (ESTRELLA)

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CONEXIÓN TRIFASICA (TRIANGULO)

FACTOR DE POTENCIA Por lo general en las instalaciones eléctricas de tipo industrial, la mayoría de las cargas son de tipo inductivo. Debido a esto el factor de potencia es menor que uno. Para compensar este problema se conectan en paralelo con la carga un conjunto de condensadores que tienen la función de poner en fase la tensión y la corriente, siempre que los condensadores están bien calculados. Esta compensación se puede hacer en forma independiente colocando condensadores en cada elemento con carga inductiva, de modo que todas las cargas tengan un factor de potencia aceptable, o bien colocar condensadores en paralelo en el tablero principal, con la capacidad adecuada. Esta ultima opción puede ocasionar un problema cuando no están en funcionamiento todas las cargas inductivas ya que el valor de la capacidad está calculado para la totalidad de las cargas en funcionamiento, por lo tanto se produce en la línea una corriente reactiva pero de origen capacitivo que puede dañar los equipos. Este modo es más económico pero menos eficiente que el compensado individual. Otro método moderno para solucionar este problema es el denominado sistema inteligente de compensación. Estos equipos están formados por una unidad de control que registra todo el tiempo el factor de potencia y comanda contactores que conectan o desconectan condensadores, según sea necesario, para tener un buen factor de potencia. Es más costoso que los anteriores.

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CIRCUITO DE COMPENSACION PARA EL MEJORAMIENTO DEL FACTOR DE POTENCIA

I = V/Z

siendo

Z=

√R +X 2

2 L

Debe calcularse XC tal que XL + XC = 0 Además:

XL = 2π.f.L

y

XC = 1/(2π.f.C)

Donde XC : reactancia capacitiva XL : reactancia inductiva C : faradios y L : Henrios Finalmente:

R=

√ R + (X 2

L

+ XC)2

Midiendo U (Volt) e I (Amp) se calcula la potencia aparente: Pap = U.I La potencia activa vale:

Pact = U.I.cos φ

La potencia reactiva:

Preac = U.I.

Pero también :

√ (1-cos φ) 2

Preac = U2 = U2/(1/2πfC) Z

√

C = U.I (1-cos2φ) ⇒ U2. 2πf

C = I.

⇒

Preac = U2.2πfC

√ (1-cos φ) x 10 (µfaradios) 2

U. 2πf

En los comercios se venden cargas medidas en (kVA).

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SÍMBOLOS GRÁFICOS ELECTROTÉCNICOS PARA INSTALACIONES DE ALUMBRADO, CALEFACCIÓN Y FUERZA MOTRIZ

N° A.2901 A.2902 A.2903 A.2904 A.2905 A.155 A.201 A.202 A.203

Designación Línea de alumbrado Línea de fuerza motriz Líneas de señales Líneas telefónicas Líneas telefónicas de serv. Líneas subterráneas Circuito de 2 conductores Circuito de 3 conductores Circuito de 4 conductores

A.2906

Línea de conductores en cañerías de acero. El diámetro del caño, en mm. se indica con un N° colocado sobre el símbolo de la línea, ejemplo líneas de fuerza motriz de 3 conductores.

A.2907

Cañerías de aisladores, protegido

acero sobre conductor

Símbolo

(c) 18

(c) (a) (d)

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GRAFICO PARA CALCULAR LA POTENCIA REACTIVA EN MOTORES TRIFASICOS Para obtener el valor de la potencia reactiva de un motor, debe conocerse el número de polos del motor y su potencia nominal. Se ingresa por abscisas con la potencia del motor, hasta encontrar la curva correspondiente al número de polos, luego se lee en ordenadas los KVA reactivos por cada CV de potencia, por lo cual se lo deberá multiplicar por la potencia para obtener la carga reactiva necesaria para la compensación.

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INSATALACION PARA ILUMINACION: La figura siguiente muestra las distancias aproximadas entre los artefactos en relación con las dimensiones generales del local. En la bibliografía especializada en iluminación, se detallan los métodos para hallar estas magnitudes en forma más precisa, y con las que se establecen los fundamentos del cálculo de iluminación. La tabla adjunta se presenta al solo efecto de servir como orientadora. Se define como “plano de trabajo” a la superficie imaginaria en la cual se supone se desarrollan la mayor parte de las tareas dentro del local. Altura entre el plano de trabajo y el techo A

2,00 m

3,00 m

Distancias fundamentales en Tipo de metros iluminación D W R Luz directa 2,40 1,20 0,40 Luz semidirecta 2,60 1,30 0,40 Luz difusa 2,70 1,35 0,30 Luz semiindirecta 2,80 1,40 0,40 Luz indirecta 3,00 1,50 0,50 Luz directa 3,60 1,80 0,60 Luz semidirecta 3,90 1,95 0,50 Luz difusa 4,00 2,00 0,50 Luz semiindirecta 4,20 2,10 0,60 Luz indirecta 4,50 2,25 0,70

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CALCULO DE UNA INSTALACION ELECTRICA TRIFASICA El cálculo de esta instalación consiste en el dimensionado de los conductores, la selección de los contactores e interruptores y demás elementos que hacen al funcionamiento de la instalación. CARGAS REALES EXISTENTES EN LA INSTALACION Se tendrán en cuenta como cargas eléctricas principales las que tienen un consumo relativamente alto, ya que las cargas de pequeño valor prácticamente no modifican el dimensionado de los conductores. En la tabla siguiente se presentan las principales máquinas con sus consumos. ELEMENTO

N° FASES

Alesadora Torno Centro Control Numérico C.N.C Soldadora Eléctrica Compresor Iluminación Ventilación Cintas Transportadoras Otros

3 3 3 3 3 1 1 1 1

SIMBOLOGIA EMPLEADA

CONSUMO KW 4,6 3,2 9,0 2,2 3,0 2,4 1,25 1,0 1,5

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DIMENSIONADO DE LOS CONDUCTORES La determinación de las secciones de cada tramo de conductores se realiza en función de la corriente de circulación y verificando la caída de tensión en la línea, de acuerdo a la norma. CALCULO DEL TRAMO DE ENTRADA HASTA EL TABLERO PRINCIPAL Se considerará la totalidad de la carga en funcionamiento simultaneo. Esta equivale a 22.000 Watts en trifásica y 6.150 Watts en monofásica, por lo que se tiene una potencia total de: Ptot = 28.160 Watts Se considera una compensación individual de las cargas. (cosθ ≈ 1) Pw =

√3 . U.I.cosθ ⇒

Sc = I / (J. γ) =

√

I = Pw/( 3 . U.cosθ) = 28160/( 1,732. 380 . 1) I = 43 Amp.

43 Amp = 12 mm2 6 . 0,6 Amp/mm2

Debe verificarse que: ∆U = 0,05 U

⇒

γ = 0,6 por estar en mampostería

∆U = 0,05 . 380 V = 19 V

∆U = ρ . l . I = 0,017 Ω/m.mm2 . 20m . 43Amp = 1,218 V < 19 V Sc 12mm2

Además:

Como verifica, se adopta la sección del conductor 12 mm2 (o la más cercana superior según las tablas del fabricante). CALCULO DEL TRAMO DESDE EL TABLERO PRINCIPAL HASTA EL TABLERO SECUNDARIO Este tablero alimentará a la siguientes máquinas: Alesadora (4600 W), Torno (3200 W) y la máquina de Control Numérico (9000 W), por lo que deberá proveer una potencia de 16800 W.

√3. U.cosθ) = 16800W/( 1,732. 380V . 1)

I = Pw/(

I = 25,5 = 26 Amp. Sc = I / (J. γ) =

26 Amp = 7,22 = 8 mm2 2 6 . 0,6 Amp/mm

Debe verificarse que: ∆U = 0,05 U Además:

⇒

γ = 0,6 por estar en mampostería

∆U = 0,05 . 380 V = 19 V

∆U = ρ . l . I = 0,017 Ω/m.mm2 . 18m . 26Amp = 0,9945 V < 19 V Sc 8mm2

Como verifica, se adopta la sección del conductor 8 mm2.

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CALCULO DEL TRAMO DESDE EL TABLERO SECUNDARIO A LAS MAQUINAS Para el cálculo de los conductores que alimentan a cargas menores, como lamparas, o elementos de poco consumo, se adopta una sección (mínima) del conductor de 1,5 mm2. Las tomas trifásicas tendrán sus conductores dimensionados como para abastecer la soldadora eléctrica, la cual se transporta para ser empleada en cualquier lugar del taller. LINEA DE LA SOLDADORA Para este caso se tendrá un cos θ = 0,75

√

I = Pw/( 3. U.cosθ) = 9000 W/( 1,732. 380V . 0,75) I = 18 Amp. Sc = I / (J. γ) =

18 Amp 6 . 1 Amp/mm2

Debe verificarse que: ∆U = 0,05 U

⇒

= 3 mm2

γ = 1 por ser conductor externo

∆U = 0,05 . 380 V = 19 V

∆U = ρ . l . I = 0,017 Ω/m.mm2 . 8m . 18Amp = 0,8 V < 19 V Sc 3mm2

Además:

Por lo que se adopta para la soldadora una sección de 3 mm2 ( o el inmediato superior según la tabla del fabricante). LINEA DEL COMPRESOR Para este caso se tendrá un cos θ ≈ 1

√

I = Pw/( 3. U.cosθ) = 3000 W/( 1,732. 380V . 1) I = 4,55 Amp. Sc = I / (J. γ) =

4,55 Amp 6 . 0,6 Amp/mm2

= 1,5 mm2

γ = 0,6

En el arranque se considera 10 veces la I Debe verificarse que: ∆U = 0,2 U Además:

⇒

∆U = 0,2 . 380 V = 76 V (20% de U)

∆U = ρ . l . I = 0,017 Ω/m.mm2 . 15m . 45Amp = 7,65 V < 76 V Sc 1,5mm2

Por lo que se adopta una sección de 1,5 mm2 para la línea del compresor.

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PROTECCION EN LAS INSTALACIONES ELECTRICAS Los efectos de la corriente eléctrica sobre los organismos vivos generan daños fisiológicos, en muchos casos con consecuencias fatales, o serias lesiones, muchas veces irreversibles. Los daños que provoca la corriente eléctrica en el organismo es función de la tensión y de la potencia de la fuente generadora. Se estima que una corriente de 0,06 Amper, puede traer graves consecuencias, y por esto se toma como límite de la corriente que puede soportar un ser humano un máximo de 0,01 Amper. Esto no es definitivo, ya que se han dado casos con graves consecuencia con intensidades de corriente menores y, por el contrario, personas que han resistido corrientes mucho mayores. Las diferencias se deben a diversos factores, como el estado físico y psíquico de la persona y, fundamentalmente, su resistencia eléctrica. Los estudios experimentales han conducido a valores de resistencia eléctrica muy variados, pero estadísticamente se adopta entre 300 Ohm y 1000 Ohm como resistencia del cuerpo humano. A esta resistencia debe sumarse la resistencia de contacto debida a la imperfecta unión entre el cuerpo humano y las partes con tensión. Como medida de seguridad se realiza la puesta a tierra de toda la estructura metálica protectora de los conductores, y de todos los elementos que estén al alcance de las manos. La puesta a tierra se hace por lo general cerca del tablero principal, para asegurar el potencial cero de los elementos; se debe utilizar cable desnudo para esta parte de la instalación, y los empalmes deben hacerse con abrazaderas en las jabalinas o placas de masa. Por norma se exige que la resistencia eléctrica del conjunto no debe superar el valor de 10 Ohm, dejando en libertad los métodos técnicos. ELEMENTOS FUSIBLES Las instalaciones eléctricas deben estar protegidas contra cortocircuitos o intensidades de corriente muy elevadas que pudieran dañar las líneas hasta, incluso, provocar incendios y serios daños. Para esto es necesario interrumpir el suministro de energía cuando la corriente de circulación sobrepasa los limites calculados. Existen dos métodos eficaces para esta operación, empleando interruptores automáticos, como por ejemplo las llaves térmicas, o por medio de fusibles calibrados. Los fusibles son elementos formados por un hilo metálico colocado dentro de un aislador que sirve como cámara de fusión, y sujeto a dos superficies metálicas en los extremos. Los fusibles se colocan en serie con la instalación, de manera que si se produce una circulación elevada de corriente, el hilo de metal se funde y se interrumpe el paso de corriente. En la siguiente tabla se indican los valores de la corriente de fusión para los distintos espesores y materiales de filamentos para fusibles.

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Corriente de fusión Amper

Diámetro del hilo mm

Plomo

Plata

Cobre

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,25 1,50 1,75 2,50 4,00

1 2 3 4 5 6 7 8 12 16 20 40 85

2 6 8 10 15 20 25 30 40 50 80 120 -

20 30 40 50 60 70 80 110 135 -

EstañoPlomo 13.3 19.8 25.4 -

CALCULO DE LAS CORRIENTES NECESARIAS PARA LA FUSION DEL HILO CONDUCTOR Según el criterio del investigador W.H. Preece, analizando las indicaciones del Standard Handbook for Electrical Engineers, logró comprobar que la relación entre la corriente y el diámetro responde a la siguiente ecuación: I = C . d 3/2 I = corriente circulante en Amp. d = diámetro en mm C = constante de cada material De aquí surge que: d=

√(I/C)

3

Material Valor de C Cobre 80 Aluminio 60 Platino 40 Plata Alemana 40 Estaño 13 Plomo 11 Plomo-Estaño 10

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PROTECCION DIFERENCIAL La protección diferencial es uno de los sistemas modernos más eficientes para protección eléctrica. Es un interruptor automático que desconecta el suministro de energía en caso que circule corriente desde un polo vivo a tierra. El sistema registra la corriente que circula por el vivo y por el neutro, y de no haber descarga a masa, estas corrientes deben ser iguales, ya que vale la suposición de que todo lo que entra por el polo vivo sale por el neutro. Si en un instante determinado se produce una circulación de corriente desde el polo vivo hacia tierra, a través de un ser humano, esta corriente pasa por el polo vivo y no sale por el neutro; es decir circula mayor intensidad de corriente en el vivo que en el neutro. Esto activa inmediatamente el sistema de corte de suministro eléctrico. El disyuntor diferencial interrumpe el circuito siempre que exista una pequeña diferencia entre la corriente que circula por el polo vivo y la que circula por el polo neutro. FUNCIONAMIENTO Un disyuntor diferencial está conformado por un transformador especial con tres bobinas, dos de ellas iguales, conectadas de manera que el flujo magnético que generan se anule mutuamente entre sí, de modo que si por las dos bobinas circula la misma intensidad de corriente, el flujo magnético resultante será cero. En el caso de existir una descarga a tierra, existirá un flujo resultante. El tercer bobinado se encuentra en el circuito magnético de modo que si en este existe un flujo libre, se induce en él una fem. que actúa sobre el interruptor desconectando la línea. El disyuntor diferencial no protege la línea de sobretensiones, ni de elevadas corrientes. Es por eso que debe colocarse en serio con este elemento los fusibles o un interruptor térmico.

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CONDUCTORES CON AISLACION TERMOPLASTICA Cantidad de conductores

2+T 3+T 4+T 5+T 6+T 7+T

Alambre 1 2,33 4,3 1,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5

1,5 2,60 5,3 1,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5

Conductor Cableado 2,5 3,20 8,0 1,5 12,5 12,5 12,5 12,5 15,3 15,3

2,5 3,45 9,4 1,5 12,5 12,5 12,5 15,3 15,3 18,5

4 4,15 3,5 2,5 12,5 12,5 15,3 18,5 18,5 18,5

6 4,75 17,8 2,5 12,5 15,3 18,5 18,5 21,7 21,7

10 6,05 28,6 4 15,3 18,5 21,7 28 28 28

16 7,10 39,6 6 18,5 21,7 28 28 24 34

25 8,80 61 10 21,7 28 34 34 45,9 45,9

Observaciones 35 9,95 78 10 28 34 34 45,9 45,9 45,9

50 70 Sección del cobre en mm2 12,05 13,70 Diámetro exterior, incluida la aislación, mm 114 196 Sección total, incluida aislación, en mm2 16 25 Sección del neutro a tierra desnudo, en mm2 34 45,9 45,9 45,9 45,9 Diámetro interior del caño, en mm (con T se indica el conductor a tierra) 45,9 -