• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Capitulo 5 ing.eléctrica
 

Capitulo 5 ing.eléctrica

on

  • 8,409 views

 

Statistics

Views

Total Views
8,409
Views on SlideShare
8,409
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
162
Comments
3

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft Word

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel

13 of 3 previous next Post a comment

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Capitulo 5 ing.eléctrica Capitulo 5 ing.eléctrica Document Transcript

    • CAPITULO 5 DEFINICIONES - CONDUCTORES ELÉCTRICOS5.1 INTRODUCCIÓNInstalación eléctrica es el conjunto de elementos necesarios, incluyendo los accesorios decontrol y protección, para interconectar una o varias fuentes de energía eléctrica con losaparatos receptores tales como lámparas, motores, equipos electrodomésticos, etc.Prácticamente en todos los países del mundo existen disposiciones de observanciaobligatoria que reglamentan la construcción de instalaciones eléctricas, ya sea para finesresidenciales, comerciales o industriales. Dichas disposiciones tienen la finalidad de lograrque estas instalaciones sea eficientes y, sobre todo, más confiables y seguras. En laRepública Mexicana se encuentra en vigor la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005,y la cual, de acuerdo con el punto 2 de su considerando establece que esta norma esaplicable en los siguientes casos: a) Propiedades industriales, comerciales, residenciales y de vivienda, institucionales, cualquiera que sea su uso, públicas y privadas, y en cualquiera de los niveles de tensiones eléctricas de operación, incluyendo las utilizadas para el equipo eléctrico conectado por los usuarios. Instalaciones en edificios utilizados por las empresas suministradoras, tales como edificios de oficinas, almacenes, estacionamientos, talleres mecánicos y edificios para fines de recreación. b) Casas móviles, vehículos de recreo, construcciones flotantes, ferias, circos y exposiciones, estacionamientos, talleres de servicio automotor, estaciones de servicio, lugares de reunión, teatros, salas y estudios de cinematografía, hangares de aviación, clínicas y hospitales, construcciones agrícolas, marinas y muelles, entre otros. c) Sistemas de emergencia o reserva propiedad de los usuarios. d) Subestaciones, líneas aéreas de energía eléctrica y de comunicaciones e instalaciones subterráneas. e) Centrales eléctricas para Cogeneración o Autoabastecimiento. f) Cualesquiera otras instalaciones que tengan por finalidad el uso de la energía eléctrica, excepto lo indicado en 1.2.3.En el capítulo 1 de las normas citadas se incluyen las definiciones de términos esencialespara su adecuada aplicación, considerándose conveniente transcribir a continuación algunasde las definiciones antes mencionadas:5.2 DEFINICIONESACOMETIDA.- Conductores de acometida que conecta la red del suministrador al alambradodel inmueble a servir.ALIMENTADOR.- Todos los conductores de un circuito entre el equipo de acometida o lafuente de un sistema derivado separadamente u otra fuente de alimentación y el dispositivofinal de protección contra sobrecorriente del circuito derivado. edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 92CANALIZACIÓN.- Canal cerrado de materiales metálicos o no metálicos expresamentediseñado para contener alambres, cables o barras conductoras, con funciones adicionalescomo lo permita esta norma.CAPACIDAD DE CORRIENTE.- Corriente que puede conducir un conductor eléctricoexpresada en amperes bajo operación continua y sin exceder su temperatura normal.CARGA.- Es la potencia instalada o demandada en un circuito eléctrico.CARGA CONTINUA.- Aquella cuya corriente eléctrica nominal circule durante tres horas omás.CIRCUITO DERIVADO.- Conductores de un circuito desde el dispositivo final desobrecorriente que protege a ese circuito hasta la o las salidas finales de utilización.CIRCUITO DERIVADO MULTICONDUCTOR.- Circuito derivado que consta de dos o másconductores no puestos a tierra que tienen diferencia de potencial eléctrico entre ellos y, unconductor puesto a tierra que tiene la misma diferencia de potencial eléctrico entre él y cadaconductor no puesto a tierra del circuito y que está conectado al neutro o al conductor puestoa tierra del sistema.CONTROLADOR.- Dispositivo o gripo de dispositivos para gobernar, de un modopredeterminado, la energía eléctrica suministrada al aparato al cual está conectado.CONDUCTOR AISLADO.- Conductor aislado con un material de composición y espesoraceptado por la Norma Oficial Mexicana.CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA DE PARTES METÁLICAS NO CONDUCTORAS DECORRIENTE ELÉCTRICA.- Es el conductor que se usa para conectar a tierra en el puntorequerido las cubiertas metálicas de los equipos, las canalizaciones metálicas y otras partesmetálicas que pudieran transportar corrientes indeseables a través de ellas. Se le llamacomúnmente "tierra física".CONDUCTOR PUESTO A TIERRA DEL SISTEMA.- Es el conductor de un circuito o sistemaque intencionalmente se conecta a tierra, tal como es el uso del conductor neutro.CONDUCTOR DESNUDO.- Que no tiene cubierta ni aislamiento eléctrico de ningunaespecie.CORRIENTE DE INTERRUPCIÓN.- Corriente eléctrica máxima a la tensión nominal que undispositivo es capaz de interrumpir bajo condiciones de prueba normalizadas. Losdispositivos diseñados para interrumpir corriente eléctrica a otros niveles distintos de los defalla, pueden tener su valor de interrupción expresado en función de otras unidades, comoKW, KVA o corriente eléctrica a rotor bloqueado del motor.EQUIPO A PRUEBA DE EXPLOSIÓN.- Equipo protegido por una caja, capaz de resistir unaexplosión de un gas o vapor específico, que puede ocurrir en su interior, de impedir laignición de un gas o vapor que lo rodea causado por chispas, explosión del gas o vapor delinterior de la cubierta y capaz de funcionar a una temperatura exterior tal que la atmósferainflamable que lo rodea no sea incendiada por su causa.INTERRUPTOR AUTOMÁTICO.- Dispositivo diseñado para abrir o cerrar un circuito pormedios no automáticos y para abrir el circuito automáticamente cuando se produzca unasobrecorriente predeterminada, sin dañarse a si mismo, cuando se aplica correctamentedentro de su valor nominal.MEDIOS DE DESCONEXIÓN.- Un dispositivo o conjunto de dispositivos mediante los cualeslos conductores del circuito se pueden desconectar de la fuente de alimentación.PUENTE DE UNIÓN.- Conductor confiable para proporcionar la conductividad eléctricarequerida entre partes de metal que hayan de ser conectadas eléctricamente.SOBRECARGA.- Funcionamiento de un equipo excediendo su capacidad nominal, de plenacarga o, de un conductor que excede su capacidad de conducción de corriente nominal, edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 93cuando tal funcionamiento, al persistir por suficiente tiempo puede causar daños osobrecalentamiento peligroso. Una falla tal como un cortocircuito o una falla a tierra, no esuna sobrecarga.SOBRECORRIENTE.- Cualquier corriente eléctrica en exceso del valor nominal de losequipos o de la capacidad de conducción de corriente de un conductor. La sobrecorrientepuede ser causada por una sobrecarga, un cortocircuito o una falla a tierra.TABLERO.- Un panel o grupo de paneles individuales diseñados para constituir un sóloconjunto. Incluye barras, dispositivos automáticos de protección contra sobre corriente ypuede tener o no interruptores para controlar los circuitos de fuerza, iluminación ocalefacción. Está diseñado para instalarse dentro de una caja o gabinete auto soportado,embutido o adosado a una pared o tabique y, ser accesible sólo por el frente.FUSIBLE.- Dispositivo de protección contra sobre corriente con una parte que se fundecuando se calienta con el paso de sobre corriente que circula a través de ella y que, alfundirse, abre el circuito correspondiente.FUSIBLE DE EXPULSIÓN.- Fusible con abertura en el cual la extinción del arco se efectúamediante la acción de los gases producidos por el arco y el revestimiento de los portafusibles, ya sea por si solos o con la ayuda de un resorte.FUSIBLE DE POTENCIA.- Un fusible con escape, sellado o con escape controlado, en elcual la extinción del arco se efectúa por su alargamiento a través de un material sólido,granular o líquido, con o sin la ayuda de un resorte.5.3 ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICAConsiderando que el curso objeto de este texto está enfocado básicamente a instalacionesresidenciales, comerciales e industriales en baja tensión, es factible señalar que loselementos principales que componen una instalación eléctrica de esta naturaleza, son lossiguientes: a).- Conductores b).- Canalizaciones c).- Conectores para canalizaciones d).- Accesorios e).- Dispositivos de protección5.4 CONDUCTORES ELÉCTRICOSPor su función principal los conductores eléctricos pueden clasificarse en : a).- Cables de energía b).- Cables para comunicaciones c).- Cables para señalización y control d).- Alambre magnetoCABLES DE ENERGÍA.- Tienen como función primordial la de transportar energía desde lasfuentes de generación hasta los puntos de consumo, donde esta energía puede sertransformada para su utilización en luz, calor, movimiento, etc.CABLES PARA COMUNICACIÓN.- Su función es la transmisión de señales inteligentescomo voz, audio, video y otros. La energía eléctrica en este tipo de cables se modula ytransmite para la comunicación de señales. edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 94CABLES PARA SEÑALIZACIÓN Y CONTROL.- Son utilizados para el control, telecomandoo tele medición de aparatos e instalaciones eléctricas.ALAMBRE MAGNETO.- Cuando se requiere la formación de campos magnéticos para elaprovechamiento de la energía eléctrica, son utilizados este tipo de productos.Circunscribiéndose a la clasificación de cables de energía, se puede mencionar que la mayorparte de estos conductores están hechos de cobre o de aluminio que son los materialescomerciales con una mayor conductividad eléctrica. Existen otros materiales con mejorescaracterísticas de conductividad como la plata y el platino, pero su elevado costo impide suutilización en instalaciones eléctricas, salvo aplicaciones muy especiales.El aluminio tiene aproximadamente un 75% de la conductividad del cobre, pero al ser muchomás liviano que éste, es competitivo al realizarse los estudios económicos correspondientes.Generalmente los conductores se fabrican de sección circular, que puede ser de materialsólido conociéndose en este caso como alambre o bien, formados por varios filamentostorcidos que se identifican con el nombre genérico de cables, siendo este conductor muchomás flexible que el alambre de la misma sección.Los conductores se identifican por un número que corresponde a su sección o calibre y quese basa en el sistema americano de designación AWG (American Wire Gauge). En estesistema los números son regresivos y, el número mayor que es el 36, representa elconductor de menor diámetro. En la medida en que se reduce el número a partir del 36,aumenta la sección transversal del conductor hasta llegar al número 1 y, después de éste, seencuentran los calibres 1/0 (un cero), 2/0 (dos ceros), 3/0 (tres ceros) y 4/0 (cuatro ceros)que es el conductor más grueso en la designación AWG. La escala existente entre doscalibres consecutivos se formó fijando los dos diámetros de los calibres 36 y 4/0 yestableciendo una ley de progresión geométrica para los diámetros intermedios. Losdiámetros seleccionados son de 0.46 pulgadas para el conductor 4/0 y de 0.005 pulgadaspara el número 36 y, la relación existente es: _____ 39/ 0.460 = 1.1229 V 0.005Es decir, la relación entre dos diámetros consecutivos en la escala, es constante e igual a1.1229 Existen conductores con una sección mayor a la del 4/0 AWG y, en este caso, se designanen función a su área en pulgadas cuadradas, para lo cual se utiliza una unidad denominadaCIRCULAR MIL.Circular mil es la sección de un círculo que tiene un diámetro de un milésimo de pulgada. 1 CM = Π * d2 = 3.14 * 0.02542 = 5.06 * 10-4 mm2 4 4 edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 95 1 mm2 = 104 = 1,974 CM ≈ 2000 CM 5.06Para facilidad de consulta, al final de este libro se incluyen una serie de diferentes tablas,apareciendo en la tabla No. 5 las dimensiones de los conductores eléctricos desnudos.Los conductores de baja tensión tienen aislamiento de hule o de plástico, siendo el primeropoco usual en la actualidad. Puede señalarse que las propiedades de cada productodependen de las características de su aislamiento. Se puede clasificar a los conductores debaja tensión de acuerdo a su tipo de aislamiento en dos grandes grupos principales: 1.- Con aislamiento de policloruro de vinilo (termoplásticos). 2.- Con aislamiento de polietileno o elastómero (polímeros). Los conductores aislados con PVC se subdividen a su vez de acuerdo con la temperaturamáxima de operación de su aislamiento. Los productos más comunes agrupados en estasubdivisión son los siguientes: Para 60° C : Tipos TW y TWD (duplex) Para 75 y 90° C: Tipos THW, THWN y THHNCabe señalar que en la actualidad existen aislamientos de termoplásticos mejorados quesoportan mayores temperaturas y, así se tiene por ejemplo el producto conocido comoVinicon que es un conductor con aislamiento del tipo THW pero que soporta temperaturas deoperación hasta de 105° C, elevándose por ende su ampacidad.Al hablar de la temperatura máxima de operación de un conductor debe aclararse que éstosno se dañan inmediatamente si se rebasa su temperatura de diseño, pero si se reducenotablemente su vida útil. Por ello, es muy importante que los conductores sólo transportencomo máximo, la corriente para la cual fueron diseñados.5.5 DESCRIPCIÓN DE ALGUNOS PRODUCTOS5.5.1 ALAMBRES Y CABLES TIPO TW.- Son conductores generalmente de cobreelectrolítico (99.9% de pureza), con aislamiento de policloruro de vinilo, deslizante yresistente a la propagación de incendios. Su tensión máxima de operación es de 600 volts ysu temperatura máxima de operación es de 60° C.El aislamiento tiene propiedades deslizantes y se instala con facilidad, no siendo necesariousar grasas o talcos, evitándose la degradación del aislamiento que provocan estosproductos.APLICACIONES: De uso general para instalaciones ocultas o bajo techo en ductos ycharolas. Para ambientes secos o húmedos. No deben utilizarse en lugares donde estén encontacto con aceites o productos químicos, ni directamente enterrados.5.5.2.- ALAMBRES Y CABLES TIPO THW.- Son conductores generalmente de cobreelectrolítico, con aislamiento de policloruro de vinilo especial, resistente al calor, humedad, edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 96aceites y algunos productos químicos. Es deslizante y resistente a la propagación deincendios. Su tensión máxima de operación es de 600 V y las temperaturas máximas deoperación en el conductor son de 75° C en ambientes secos y húmedos y 60° C en contactocon aceites. Tiene una mayor resistencia a las sobrecargas que los tipos T y TW. Susaplicaciones son básicamente las mismas que las señaladas en el párrafo anterior.5.5.3.- ALAMBRES Y CABLES TIPO THWN Y THHN.- Son conductores generalmente decobre electrolítico, con aislamiento de policloruro de vinilo especial y cubierta exterior denylon. Esta cubierta exterior otorga al producto las siguientes características: resistencia a lahumedad, a los aceites, gasolina, solventes ligeros, grasas y productos químicos. Tiene unaalta resistencia a la abrasión y a los abusos mecánicos. Su coeficiente de fricción es bajo yse instala fácilmente. Su resistencia a las sobrecargas es mayor a la de los productosanteriores. Su espesor de aislamiento es 20% aproximadamente menor que los conductorestipo TW y THW. Su tensión máxima de operación es de 600 V y sus temperaturas máximasde operación en el conductor son: Ambiente seco: 75° C el THWN y 90° C el THHN Ambiente húmedo: 75° C el THWN En aceite: 60° C el THWNAPLICACIONES: En lugares donde se requiere mayor seguridad y mejor comportamientoeléctrico como hospitales, hoteles, cines, teatros, multifamiliares, bodegas, edificios públicosy donde se trabaja con gasolina y solventes como refinerías, fábricas de productos químicosetc.PRODUCTOS CON AISLAMIENTO ELASTOMERICO5.5.4 CABLES TIPO XHW, XHHN, RHW y RHH.- Conductor de cobre electrolítico suave, conaislamiento de polietileno de cadena cruzada. Su tensión máxima de operación es 600 V ysus temperaturas máximas de operación en el conductor son: Ambiente seco: 75° C el XHW y el RHW y 90° C el XHH y el RHH Ambiente húmedo: 75° C el XHW y el RHWSus ventajas principales son: alta resistencia a las sobrecargas, a la humedad y a la granmayoría de aceites y agentes químicos. Puede instalarse en lugares donde se presentengrandes diferencias de temperaturas y directamente enterrado. Es muy resistente a lapropagación de incendios.APLICACIONES: Por sus características es muy recomendable para instalacionesindustriales y edificios comerciales. Puede ser instalado al aire libre, en conduits, charolas eincluso directamente enterrado. Se utiliza normalmente en redes subterráneas.5.5.5 CONDUCTOR CON AISLAMIENTO DE POLIETILENO INTEMPERIE.- Es unconductor de cobre electrolítico forrado con polietileno de alta densidad, resistente a laintemperie y a la acción corrosiva de humos, ácidos y álcalis. Se utiliza generalmente enredes de distribución aéreas a la intemperie y cuando se desea proteger a instalacionestambién de tipo intemperie, para evitar contactos accidentales de personas u objetos. edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 97Un conductor con aislamiento de este tipo es el comercialmente conocido con el nombre deNEUTRANEL. Estos conductores pueden ser de cobre o de aluminio. Su voltaje máximo deoperación es de 600 V y su temperatura máxima también de operación es de 75° C. Seutiliza en redes de distribución y principalmente para las acometidas de los usuarios. Lleva elneutro desnudo y una, dos o tres fases aisladas, en forma trenzada. Se conoce en estoscasos como 1 + 1; 2 + 1 y 3 + 1. En cobre, el 1 + 1 se obtiene en calibres 10, 8 y 4. El 2 + 1se obtiene en calibres 8, 6 y 4 y, el 3 + 1 en calibres 8, 4, 1/0 y 3/0. En aluminio, el 1 + 1 seobtiene en calibres 8, 6 y 4; el 2 + 1 en 6, 4, 2 y 1/0 y, el 3 + 1 en 6, 4, 2, 1/0, 2/0 y 3/0.A continuación se proporciona una tabla donde se describen someramente conductores conotros diferentes tipos de aislamientos y que con menor o mayor frecuencia son empleados eninstalaciones eléctricas de baja tensión: DIFERENTES TIPOS DE AISLAMIENTOS PARA CONDUCTORES ELÉCTRICOS TIPO TEMP.MAX MATERIAL AISLANTE CUBIERTA UTILIZACIÓN ºC EXTERIORRHW 75 Polímero sintético o de cadena No metálica Lugares secos o cruzada húmedosRHH 90 Polímero sintético o de cadena No metálica Lugares secos o cruzada húmedosMTW 90 Termoplástico resistente al calor, Ninguna o de Alambrado máqs. humedad, flama y a los aceites nylon herramientas TA 90 PVC y asbesto No metálica Tableros eléct. TT 90 Termoplástico resistente al calor Ninguna Tableros eléct. TBS 90 PVC retardador de flama De fibra Tableros eléct. SIS 90 Polímero sintético (XLP) Ninguna Tableros eléct. SA 90 Hule silicón Fibra de vidrio Aplic. especiales A 200 Asbesto Ninguna Aplic. especiales AI 125 Asbesto impregnado Ninguna Aplic. especiales AA 200 Asbesto Fibra de vidrio Aplic. especiales AVL 110 Asbesto y cambray Plomo Locales húmedos AVA 110 Asbesto y cambray Fibra de vidrio Locales secosPILC 85 Papel impregnado Plomo Acometidas subterráneas MI 250 Oxido de magnesio Cobre Aplic. especiales FEP 90 Etileno propileno fluorado Ninguna Lugares secosFEPB 200 Etileno propileno fluorado Fibra de vidrio Aplic. especiales5.6 SELECCIÓN DE CONDUCTORES PARA INSTALACIONES ELÉCTRICASBásicamente deben considerarse tres factores para seleccionar el tipo de conductores autilizar en una instalación eléctrica. Dichos factores son : 1.- Tipo de aislamiento. 2.- Capacidad de conducción de corriente o ampacidad. 3.- Caída de tensión. edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 985.6.1 SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR TIPO DE AISLAMIENTOComo se señaló brevemente en párrafos anteriores, cada tipo de aislamiento tienepropiedades específicas y para seleccionarlo deben considerarse los agentes que puedenafectarlos durante su instalación y operación. Estos pueden ser mecánicos como la presiónen el manejo, almacenamiento y desempaque, lo cual puede provocar deformación delaislamiento y aparición de fisuras que puedan dar origen a fallas eléctricas. Abrasión quepuede presentarse al introducir los conductores a las canalizaciones cuando éstas tienenrebabas o rebordes cortantes y, elongación que se presenta cuando se introduce en un ductoun número mayor de conductores que los permitidos o cuando la canalización tiene cambiosde dirección muy bruscos y frecuentes. Como se observa, los agentes mecánicos quepueden afectar un conductor se presentan básicamente en el manejo e instalación de losmismos. Un adecuado control de estas actividades elimina estos problemas.Los agentes más importantes que deben considerarse al seleccionar un aislamiento son losquímicos y los eléctricos. Entre los primeros destacan los hidrocarburos, los ácidos, álcalis yel agua o humedad. En el análisis de los diferentes tipos de aislamientos se señaló la mayoro menor resistencia de cada uno de ellos a estos agentes. Así mismo, se indicó que tipo deaislamientos tienen mayor resistencia a las sobrecargas eléctricas y a los impulsos porcortocircuitos. En general, el aislamiento de los conductores es mucho mayor que lastensiones a que se ven sometidos y generalmente las fallas se presentan por sobrecargassostenidas debido a deficiencias de las protecciones y que provocan temperaturas elevadasque degradan rápidamente el aislamiento. De lo anterior, se deriva la vital importancia quereviste el seleccionar el tipo de aislamiento adecuado a las condiciones en que va a operarun conductor y, a tener el máximo cuidado en la instalación de los mismos.5.6.2 SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR AMPACIDADPara determinar la corriente que puede circular por un conductor de acuerdo con su calibre,es necesario aplicar una serie de fórmulas entre las que podemos mencionar las relativas apérdidas de potencia eléctrica, de resistencia eléctrica, de variaciones de temperatura, etc.,mismas que deben ser complementadas con pruebas de laboratorio. Como resultado detodos los pasos anteriores, se han elaborado tablas que indican la ampacidad de losdiferentes tipos de conductores de acuerdo con su calibre. Al final de este texto aparecen enlas tablas Nos. 6 y 7, la ampacidad de varios de los diferentes tipos de conductores queexisten en el mercado.NÚMERO DE CONDUCTORES EN UN TUBO CONDUIT.- Los conductores eléctricos estánlimitados en su ampacidad por el calentamiento, sobre todo cuando se alojan en tuberías oductos, por las limitaciones que existen para la disipación del calor generado por el paso dela corriente. Por este motivo, el número de conductores dentro de un tubo conduit debelimitarse para facilitar su instalación y también para permitir la circulación de aire que disipeel calor generado por el paso de la corriente eléctrica a lo largo de los conductores. Estascondiciones se logran estableciendo una relación adecuada de la sección del tubo y las delos conductores. Llamando factor de relleno a la relación que existe entre el área total de losconductores y el área interior del tubo, los valores establecidos por las Normas OficialesMexicanas 001-SEDE-2005 para dichos factores de relleno son los siguientes: Fr = Área total de los conductores * 100 Área interior del tubo edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 99 Fr = 53 % para un sólo conductor dentro del tubo Fr = 31 % para dos conductores dentro del tubo Fr = 40 % para tres o más conductores dentro del tuboAl final de esta obra y como tablas Nos. 8 y 9, aparecen el número de conductores con losaislamientos más usuales, que pueden ser alojados en un tubo conduit.En la tabla No. 10 se indica la forma de determinar la sección que debe tener un ducto dehierro galvanizado para alojar un número dado de conductores eléctricos.EJEMPLOS DE SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR TIPO DE AISLAMIENTO Y PORAMPACIDAD Y, DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA CONDUIT OSECCIÓN DE UN DUCTO DE FIERRO GALVANIZADO EN SU CASO.1.- Una línea monofásica, dos hilos, operando en un ambiente húmedo sin contaminación deninguna especie y en una temperatura ambiente de 40° C, debe conducir 200 amperes.Determinar el tipo de aislamiento, calibre del conductor y diámetro de la tubería conduit paraalojar los dos hilos.Dado que existe humedad pero no hay contaminación, un aislamiento tipo TW es adecuado.Considerando que la temperatura ambiente es de 40° C, debe aplicarse el factor decorrección por temperatura que como se observa en la tabla No. 6 es de 0.82 para losconductores tipo TW.La corriente que servirá de base para seleccionar el conductor será entonces de: Idiseño = Ireal = 200 = 244 amperes Ft 0.82En la misma tabla No. 6 observamos que el conductor TW alojado en tubería que puedeconducir la corriente determinada debe ser de un calibre de 350 KCM.En la tabla No. 8 se detecta que se requiere un tubo conduit de 63mm (2.5plg) de diámetropara poder alojar estos conductores.2.- Dos circuitos trifásicos, estrella (tres fases y neutro) alimentan cada uno una carga de 20KW, 220 V, F. P. = 0.9 de una industria farmacéutica donde existe contaminación porproductos químicos y humedad. Si la temperatura ambiente es de 40° C, seleccionar el tipode aislamiento, calibre del conductor y diámetro de la tubería conduit.Por la presencia de humedad y contaminación por productos químicos, uno de losaislamientos recomendados es el THWN.En la tabla No. 6 se observa que el factor de corrección por temperatura para este tipo deconductor es de 0.88. edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 100Dado que se tendrán 6 conductores activos alojados en el mismo tubo, procede tambiénaplicar un factor de corrección por relleno o agrupamiento el que, de acuerdo con las notasde la misma tabla No. 6 es de 0.8.La corriente real es: Ireal = 20,000 ___ = 58.3 amperes 1.732 * 220 * 0.9La corriente de diseño es: Idiseño = 58.3 = 82.84 amperes 0.88 * 0.8En la tabla No. 6 se obtiene que el calibre del conductor THWN para conducir 82.84 amperesdebe ser No. 4 AWG.En la tabla No. 9 se encuentra que el diámetro de la tubería conduit para alojar 8 conductoresTHWN No. 4 AWG será de 38mm.3.- Seleccionar calibre y tipo de conductor para alimentar un circuito trifásico que debetransmitir 440 amperes por fase en un ambiente sin contaminación y con una temperaturaambiente de 30° C.Por la temperatura y por tener sólo tres conductores alojados en el tubo, no procede aplicarningún factor de corrección. Dado que no existe contaminación un aislamiento TW esadecuado y, en la tabla No. 6 se observa que se requiere conductores calibre 1000 MCMpara conducir la corriente demandada.En la tabla No 8 se determina que el diámetro de la tubería para alojar tres conductores de1000 MCM, debe ser de 102mm de diámetro.Dada la dificultad de conseguir y manejar calibres tan gruesos, puede resolverse tambiéneste problema instalando dos o más conductores por fase que pueden ir alojados en uno sóloo en varios tubos.Considerando dos conductores por fase alojados en un mismo tubo, se tendría que aplicar unfactor de corrección por relleno y, la corriente base para seleccionar el conductor sería: Idiseño = 220 = 275 amperes 0.8En la tabla No. 6 se observa que el calibre del conductor deberá ser de 400 MCM y, en latabla No. 8 se determina que para alojar 6 conductores TW de este calibre se requiere unatubería con diámetro de 102mm.Si instalamos los 6 conductores en dos tubos (tres por tubo), no se requiere aplicar factor decorrección por relleno y, por lo tanto, utilizaríamos conductores TW calibre 300 MCM queirían alojados en dos tubos de 63mm de diámetro cada uno. edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 1014.- Encontrar las dimensiones del ducto para alojar 20 conductores 4/0 AWG y 10conductores 3/0 AWG con aislamiento THWN y, las dimensiones del ducto para alojar 15conductores tipo TW calibre 1/0 AWG.En la tabla No. 10 se encuentran las secciones transversales de cada conductor y con estosdatos, se procede a encontrar la sección total de los conductores que se alojarán en el ducto.Para el primer caso se tendrá: 20 conductores THWN, 4/0 * 211.2 mm2 = 4,224 mm2 10 conductores THWN, 3/0 * 176.7 mm2 = 1,767 mm2 SECCIÓN TOTAL: 5,991 mm2De acuerdo con este dato y los contenidos en la tabla No. 10, se requiere un ducto de 20 X20 cm. para alojar estos conductores.Segundo caso: 15 conductores TW, 1/0 * 143.99 mm2 = 2,160 mm2Se requiere un ducto de 15 X 15 cm.Cuando en una tubería se alojan conductores de diferente calibre, no es posible encontrar eldiámetro de la tubería utilizando las tablas 8 ó 9 según sea el aislamiento y, en este caso, sedeberán utilizar las secciones de los conductores aislados que aparecen en la tabla 10, paradeterminar con esta información el área ocupada por los conductores, calcular la sección dela tubería aplicando el factor de relleno correspondientes y con este valor, encontrar eldiámetro requerido de la tubería. Para mayor comprensión de lo anterior se resuelve acontinuación un ejemplo alusivo.5. En un ambiente contaminado, con temperatura ambiente de 30º C un circuito trifásico detres hilos alimentará una carga de 25 KVA, 220 V y, otro circuito trifásico, también de treshilos, alimentará una carga de 35 KVA, 220 V. Determinar aislamiento, calibre de losconductores y diámetro de la tubería que alojará los dos circuitos trifásicos. Ireal 1 = 25,000 = 65.6 amperes 1.732 * 220 Ireal 2 = 35,000 = 91.9 amperes 1.732 * 220Aplicando los factores de agrupamiento a las dos corrientes antes calculadas se tendrá: Idiseño 1 = 65.6 = 82.01 amperes 0.8 Idiseño 2 = 91.9 = 114.9 amperes 0.8 edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 102Utilizando aislamiento THWN, en la tabla 6 encontramos que el calibre de los conductoresdel circuito trifásico 1 debe ser 4 AWG y, el calibre de los conductores del circuito 2 deberáser 2 AWG. Según la tabla 10 el área ocupada por los conductores será: 3 conductores THWN No. 4 * 55.15 mm2 = 165.45 mm2 3 conductores THWN no. 2 * 77.00 mm2 = 231.00 mm2 Área total de conductores = 396.45 mm2 Sección de la tubería = Área de conductores = 396.45 = 991.13 mm2 Factor de relleno 0.4Como la sección de un círculo es: π * d2 el diámetro de la tubería será: 4 _________ d = / 4 * 991.13 = 35.52mm → 38mm √ 3.14165.6.3 SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CAÍDA DE VOLTAJE POR RESISTENCIAUna instalación eléctrica debe diseñarse para que la caída de voltaje en el conductor noexceda los valores establecidos en la Normas Oficiales Mexicanas 001 y las que establecenuna caída máxima del 5% en el conjunto alimentador - circuito derivado. Para ello, esnecesario calcular las caídas de voltaje y, ajustándose a los valores máximos permitidos,seleccionar el calibre del conductor. En las fórmulas que se usarán para calcular las caídasde voltaje se empleará la siguiente nomenclatura: W = Potencia en watts I = Corriente en amperes por fase Ef = Voltaje entre fases En = Voltaje al neutro cos ϕ = Factor de potencia R = Resistencia de un conductor en Ω ρ = Resistividad del conductor (para el cobre = 1/50 Ω m/mm2) L = Longitud del conductor en m S = Sección del conductor en mm2 ef = Caída de voltaje entre fases en volts e = Caída de voltaje de fase a neutro en volts e% = Caída de voltaje en por ciento e% = e * 100 = ef * 100 (1) En Ef edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 103SISTEMA MONOFÁSICO, DOS HILOS Figura 5.1 Diagrama de un sistema monofásico, dos hilos.La potencia que consume la carga es: W = En * I * cos ϕ De donde: I= W___ En * cos ϕLa caída de voltaje por resistencia es: e=2*R*ILa resistencia del conductor es: R=ρ L = L De donde: S 50 S e= 2*L*I = L*I 50 S 25 SSustituyendo en la ecuación (1): e% = L * I * 100 = 4 * L * I 25 S En En * SSISTEMA MONOFÁSICO TRES HILOS edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 104 Figura 5.2 Diagrama de un sistema monofásico, tres hilosLa potencia que consume la carga es: W = 2 * En * I * cos ϕ De donde: I= W_____ 2 * En * cos ϕLa caída de voltaje por resistencia es: e=R*I= ρL*I = L*I S 50 SSustituyendo en la ecuación (1): e% = L * I * 100 = 2 * L * I 50 S En En * SSISTEMA TRIFÁSICO, TRES HILOS (DELTA) Figura 5.3 Diagrama de un sistema trifásico, tres hilos (delta).La potencia que consume la carga es: _ W = √3 Ef * I * cos ϕ De donde: I= W______ √3 * Ef * cos ϕLa caída de voltaje entre fases es : _ _ ef = √3 R * I = √3 * L * I 50 S _ _ edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 105 e% = √3 * L * I * 100 = 2 * √3 * L * I 50 S Ef Ef * SSISTEMA TRIFÁSICO, 4 HILOS (ESTRELLA) Figura 5.4 Diagrama de un sistema trifásico, 4 hilos (estrella).La potencia que consume la carga es : _ W = √3 Ef * I * cos ϕ = 3 En * I * cos ϕ De donde: I= W = W____ √3 Ef * cos ϕ 3 En * cos ϕLa caída de voltaje entre fases es: _ _ ef = √3 R * I = √3 L * I 50 S _ _ e% = √3 L * I * 100 = 2 √3 L * I 50 S Ef Ef * SLa caída de tensión al neutro es: en = R * I = L * I 50 S e% = e * 100 = 2 L * I En En * SEJEMPLO.- Determinar el tipo de aislamiento, calibre del conductor y diámetro de la tuberíaconduit que se requiere para alimentar un circuito monofásico, 2 hilos, de 40 m de longitud,que demanda una corriente de 30 amperes a un voltaje de 127 V. La temperatura ambiente edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 106es de 30° C, el ambiente es húmedo y sin contaminación. La máxima caída de voltajepermisible es de 3%.De acuerdo con la temperatura y las características del ambiente, un aislamiento TW esrecomendable.Con base en la tabla No. 6, conductores TW No. 10 AWG son suficientes para conducir lacorriente demandada.Se calculará ahora la caída de voltaje que se tendrá en este circuito de acuerdo con suscaracterísticas: e% = 4 * L * I = 4 * 40 * 30 = 7.19% En * S 127 * 5.26Como la caída de voltaje es muy superior a la máxima permisible, se despejará S de laecuación anterior para determinar el calibre del conductor requerido. S = 4 * L * I = 4 * 40 * 30 = 12.6 mm2 En * e% 127 * 3Consultando la tabla No. 5, se observa que se requieren conductores calibre No. 6 AWGpara ajustarse a las especificaciones del problema.De acuerdo con la tabla No. 8, para alojar dos conductores TW No. 6, se necesita un tuboconduit de 19mm de diámetro.EJEMPLO.- En un ambiente húmedo, contaminado con solventes, con temperatura de 40 °C, se encuentran alojados en un tubo conduit dos circuitos trifásicos, tres hilos, quealimentan cada uno de ellos a una carga de 10 KW, 220 V y factor de potencia de 0.9.Determinar el tipo de aislamiento y calibre del conductor para que la caída de voltaje sea del3% como máximo. La longitud del circuito es de 35m. I= W = 10000 = 29.19 A √ 3 Ef * cos ϕ 1.73 * 220 * 0.9Tomando en cuenta los factores de corrección por temperatura y por agrupamiento paraconductores THWN se tiene: Idiseño = 29.19 = 41.5 amperes 0.88 * 0.80Según la tabla No. 6, para esta corriente se requieren conductores THWN No. 8 AWG cuyasección es de 8.37 mm2.La caída de tensión será: edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 107 _ e% = 2 √3 L * I = 2 * 1.73 * 35 * 29.19 = 1.92% Ef * S 220 * 8.37De acuerdo con el resultado, el conductor seleccionado satisface las condiciones estipuladasde caída de tensión.5.6.4 SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CAÍDA DE TENSIÓN POR RESISTENCIA YPOR REACTANCIALa reactancia en circuitos de corriente alterna depende del tamaño de los conductores, de suseparación, de su posición entre sí, de la frecuencia y de la presencia de materialesmagnéticos. El efecto de la reactancia en la caída de voltaje en líneas con altas corrientes estan importante como el efecto de la resistencia óhmica.Llamando: En = Voltaje inicial al neutro. En = Voltaje final al neutro. I = Corriente de la línea en amperes. R = Resistencia de un conductor en Ω. X = Reactancia en Ω al neutro. cos ϕ = Factor de potencia. Figura 5.5 Diagrama eléctrico y fasorial de un circuito resistivo inductivo.De la figura 5.5 se tiene: ____________________________ En = √ (Encos ϕ + RI)2 + (Ensen ϕ + XI)2 ____________________________ En = √ (En cos ϕ - RI)2 + (En sen ϕ - XI)2La caída de tensión en volts es: __________ _______ e = √(R I)2 + (X I)2 = I √ R 2 + X2 = I Z e% = 100 e EnAl final de esta obra y en la tabla No. 11, se proporcionan las resistencias y reactancias deconductores de diferentes calibres. edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 108En dicha tabla, se observa en las columnas 3 y 4 que se incluyen factores de corrección paraencontrar la resistencia real de un conductor cuando transmite corriente alterna de 60 hertz yno corriente directa. Dichos factores de corrección se originan por el efecto de periferia oefecto piel (skin effect) que modifica la resistencia del conductor. Este efecto que no tieneimportancia en conductores pequeños, tiende a aumentar la resistencia óhmica aparente y sedebe a que las fuerzas electromotrices inducidas por una corriente alterna, son mayores enel centro que en la periferia del conductor y tienden a producir una corriente central que seopone al paso de la corriente principal. Los factores de corrección de la tabla mencionada,ajustan la resistencia del conductor considerando el citado efecto piel.EJEMPLO.- Un alimentador trifásico, tipo TW de 100 m de longitud, debe proporcionarservicio a una carga de 76 KW, 220 V entre fases, frecuencia de 60 hertz y un factor depotencia atrasado de 0.8Los conductores irán en tubo conduit de acero galvanizado. Calcular el calibre de losconductores si se desea que la caída de voltaje no exceda del 2%. Determinar también eldiámetro de la tubería conduit. 1.- Calcular la caída considerando únicamente la resistencia. 2.- Calcular la caída considerando la resistencia y la reactancia.Caso 1.- I= W = 76000 = 250 amperes √3 Ef * cos ϕ 1.73 * 220 * 0.8Para un servicio trifásico: _ e% = 2 √ 3 L * I De donde: Ef * S _ S = 2 √ 3 L * I = 2 * 1.73 * 100 * 250 = 197mm2 Ef * e% 220 * 2De la tabla No. 5 se obtiene que el conductor requerido es 400 MCM cuya ampacidad en eltipo TW es de 280 amperes. El diámetro del tubo conduit será de 76 mm.Caso 2.-La caída de tensión en volts y en por ciento es: ___________ e = √ (R*I)2 + (X*I)2 e% = e * 100 Como En = Ef En √3 edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 109 _ e% = √3 * e * 100 EfPara conductor de 400 MCM; L = 100 m = 328 pies y tubo de acero galvanizado, se tiene: R = 0.0306 * 328 * 1.10 = 0.011 ohms 1000 X = 0.029 * 328 * 1.25 = 0.012 ohms 1000 _________________________ e = √(0.011 * 250)2 + (0.012 * 250)2 = 4.07 volts e% = 1.73 * 4.07 * 100 = 3.20% 220Como se observa, el conductor de 400 MCM no da la caída de tensión especificada en elproblema y la que, como máximo, debe ser del 2%.Se procederá ahora a determinar la resistencia que debe tener un conductor para dar lacaída de tensión solicitada en el problema. Se sabe que: _____________ e = √(R * I)2 + (X * I)2 De donde: e2 = (R * I)2 + (X * I)2 O sea: (R * I)2 = e2 - (X * I)2 De donde: _________ R = √ e2 - (X * I)2 (2) IPara el caso que se está analizando: e = e% * Ef = 2 * 220 = 2.54 V √3 * 100 1.73 * 100Sustituyendo valores en la ecuación (2): __________________ ______ R = √2.54 2 - (0.012 * 250)2 = √6.45 - 9 250 250Al ser el resultado negativo, indica que se tiene una resistencia imaginaria. Como lareactancia "X" es prácticamente constante en los diferentes calibres de conductores, edmundo gutiérrez vera d. r.
    • _________________________________Capítulo 5______________________________ 110seleccionar un calibre mayor no modificaría substancialmente el resultado anterior. Es decir,en estas condiciones, es imposible obtener la regulación deseada. En vista de lo anterior sedesprende que la única forma de ajustarse al 2% de caída de voltaje, será reduciendo elvalor de la corriente. Si se instalan por ejemplo dos conductores en paralelo por fase setendrá: I = 250 = 125 amperes por conductor 2Sustituyendo en la ecuación (2): __________________ R = √ 2.542 - (0.012 * 125)2 = 0.016 Ω 125Esta resistencia corresponde al tramo de conductor de 100 m de longitud que se ha estadoanalizando. Para encontrar en la tabla 11 el calibre del citado conductor, se debe referir estaresistencia a 1000 pies. Se tendrá entonces: R1000 = 0.016 * 1000 = 0.0488 Ω 328Apoyándose en la información contenida en la tabla 11 se concluye que se requiere conectardos conductores de 300 MCM en paralelo, por fase para tener una caída de voltaje máximadel 2%.Comprobación: R = 0.0408 * 328 * 1.07 = 0.014 Ω 1000 X = 0.0290 * 328 * 1.25 = 0.012 Ω 1000 _________________________ e = √(0.014 * 125)2 + (0.012 * 125)2 = 2.3 V e% = 2.3 * 100 = 1.81% 127Repitiendo los cálculos anteriores para dos conductores calibre 250 MCM por fase,encontraremos que la caída de tensión es del 2.065% por lo que, es factible utilizar estecalibre de conductor, dada la pequeña diferencia que existe al 2% de caída máximapermisible. edmundo gutiérrez vera d. r.