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Memoria 7 conductores y subestación electrica

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Una vez seleccionado el transformador, se procede a la selección de los conductores eléctricos para la planta, así como la selección de la subestación eléctrica.

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Memoria 7 conductores y subestación electrica

  1. 1. Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Alimentos Diseño de plantas Grupo: 2801 Memoria 7: Conductores y subestación eléctrica. “Galletas de Trigo” Integrantes: Damian Navor Ana Karen García Piña Gloria Fabiola Hernández Pérez Gustavo López Cruz Viridiana Melo Cruz Stephanie Profesora: María Elena Quiroz Macías
  2. 2. Índice INTRODUCCIÓN....................................................................................................................... 3 1.0 Fundamentos....................................................................................................................... 4 2.0 Conductores eléctricos. ....................................................................................................... 9 3.0 Interruptores. ..................................................................................................................... 11 4.0 Fusibles. ............................................................................................................................ 12 5.0 Interruptor con fusibles. ..................................................................................................... 12 6.0 Soporte de conductores..................................................................................................... 13 7.0 Subestación....................................................................................................................... 14 8.0 Secuencia de cálculo......................................................................................................... 15 9.0 Bibliografía ………………….……………………………………………………………………..17 10.0 Anexos ……………………………………………………………………………………………18
  3. 3. INTRODUCCIÓN El diseño de la planta de proceso vendrá totalmente condicionado por la solución adaptada del sistema de proceso. De esta manera, el proyecto de una planta de procesado de alimentos recogerá la solución óptima del sistema de proceso pensado, resaltando la ingeniería de detalle: 1) La obra civil necesaria en el proceso y edificios auxiliares (de recepción y almacenamiento de materias primas y envases, expedición del producto elaborado, alojamiento de los sistemas auxiliares: sala de calderas, sala de máquinas de sistemas frigoríficos, etc.) 2) La definición de los sistemas auxiliares necesarios (instalaciones de vapor, frigoríficas, de manejo de materiales de desecho y sistemas de control). En este proyecto de investigación, se pretende resolver el diseño de un sistema de proceso y de la planta de proceso para galletas de trigo, para lograr eso se han de realizar una serie de estudios previos acerca de todos los aspectos que van a acondicionar y determinar la solución de la planta alimentaria, mediante el estudio previo de las materias primas a utilizar, y un estudio del producto terminado. Así como, estudiar previamente las distintas alternativas de tecnologías e ingenierías de proceso para llegar al producto final. Por otro lado, una vez que se tiene visualizado los servicios auxiliares requeridos para el área de producción, lo siguiente es la instalación eléctrica para el arranque de dichos equipos. Se tendrá uno o varios circuitos eléctricos destinados a un uso en específico, se debe contar con un sistema con buena regulación de voltaje, al menor costo posible, garantizando siempre el más alto grado de continuidad de servicio. Así pues, en dicha memoria de cálculo, se seleccionara la distribución de los conductores (tubo conduit) y se buscara información bibliográfica para elaboración del diagrama de distribución de cargas.
  4. 4. 1.0 Fundamentos 1.1 Circuito eléctrico. La corriente eléctrica (movimiento de cargas eléctricas) se trasmite de un lugar a otro a través de cables eléctricos. Los cables eléctricos tienen un conductor metálico (generalmente de cobre o aluminio), que es el que transporta la corriente eléctrica. La cantidad de corriente transmitida está relacionada con el área transversal del metal conductor: a mayor área, mayor corriente eléctrica transmitida. El aislamiento del cable tiene la función de evitar que la corriente eléctrica se salga del conductor metálico. El espesor de aislamiento está relacionado con la tensión eléctrica que soporta el cable: a mayor espesor de aislamiento, el cable soporta mayor tensión eléctrica. Las unidades que se emplean para medir la corriente eléctrica son carga eléctrica entre tiempo (colombs por segundo (C/s)l a lo que se llama ampere). Para que la corriente eléctrica se transmita de un lugar a otro, se requiere que exista una diferencia de tensión o voltaje entre los dos lugares y que estén unidos mediante un cable. Las unidades que se emplean para medir la tensión eléctrica son los volts.
  5. 5. Así pues, considerando lo anterior, es como se arma un circuito eléctrico. Características: El voltaje es elevado por la fuente. La corriente es transmitida por medio de cables. El voltaje es usado para alimentar una carga, por ejemplo para encender un foco o para mover un motor. La corriente pierde tensión después de pasar por la carga. La corriente también pierde tensión al pasar por los cables. La pérdida de tensión en el cable depende del área transversal del conductor metálico y de la longitud del cable: a menor área transversal del conductor metálico, mayor pérdida o caída de tensión: a mayor longitud del cable, mayor pérdida o caída de tensión. Para interrumpir la corriente, en el circuito eléctrico se emplea un interruptor. Partes del circuito eléctrico: La fuente generadora de tensión o electricidad. Esta puede ser un generador, una batería, la salida de un transformador o la alimentación de la compañía suministradora de electricidad, como son Luz y Fuerza del Centro o la Comisión Federal de Electricidad. El medio de transmisión de electricidad, que son los cables. La carga, que es donde se utiliza la electricidad; puede ser un motor, un foco, una lavadora, una televisión, una computadora, etcétera.
  6. 6. Identificación de los conductores por medio de colores. Para un fácil reconocimiento de los diferentes tipos de conductores de un circuito, como son los vivos o de fase, el conductor aterrizado o neutro, y el conductor de tierra, la NOM-001- SEDE-2005 establece el siguiente código de colores para el aislamiento: a) Conductor aterrizado o neutro: color blanco o gris claro. b) Conductor para conexión a tierra de los equipos o conductor de tierra: verde o verde con franjas amarillas, si está aislado; o puede ir sin aislamiento (desnudo). c) Conductores vivos o de fase: cualquier otro color diferente del blanco, gris claro o verde. Generalmente se emplean el negro o rojo para identificarlos. 1.2 Circuitos alimentadores y derivados. El capítulo 1, Disposiciones generales, del artículo 100 – Definiciones de la “Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones eléctricas (utilización)”, da las siguientes definiciones de un circuito alimentador y de un circuito derivado: Alimentador: Todos los conductores de un circuito formado entre el equipo de acometida o la fuente de un sistema derivado separado y el dispositivo final de protección contra sobrecorriente del circuito derivado. Circuito derivado: Conductores de un circuito desde el dispositivo final de sobrecorriente que protege a ese circuito hasta la(s) salida(s) finales de utilización. Equipo de acometida: Equipo necesario para servir de control principal y que usualmente consiste en un interruptor automático o desconectador y fusibles, con sus accesorios, localizado cerca del punto de entrada de los conductores de suministro a un edificio u otra estructura o a un área definida. Acomedida: Conductores de acomedida que conectan la red del suministrador al alambrado del inmueble a servir. Conductores de acomedida: Conductores comprendidos desde el punto de acometida hasta el medio de desconexión de la acometida. Medio de desconexión: Dispositivo o conjunto de dispositivo u otro medio a través de los cuales los conductores de un circuito pueden ser desconectados de su fuente de alimentación. 1.3 Generación, Transmisión y distribución eléctrica. Para que pueda usarse la energía eléctrica en la industria, se requiere de un sistema que comprende la generación, transición y distribución de esta forma de energía. a) Generación. La electricidad es generada de diversas formas convirtiendo diferentes tipos de energía en electricidad. Las más comunes de estas formas son:
  7. 7.  Hidroeléctrica: Se aprovecha la caída de agua en presas para mover turbinas, que a su vez mueven generadores de electricidad.  Térmica: Con vapor de agua mueven turbinas que a su vez mueven generadores de electricidad. El vapor de agua puede generarse con combustibles fósiles (termoeléctrica), con energía nuclear (nucleoeléctrica), con energía de la tierra (geotérmica).  Solar: Se usa la radiación del sol para producir electricidad, generalmente con celdas fotovoltaicas que convierten la luz del sol en electricidad. El voltaje de generación es variable, pero lo más común en México es de 13.8 kV. b) Líneas de transmisión. Generalmente las plantas generadoras de electricidad se encuentran lejos de los puntos de uso, como las ciudades o los centros industriales, por lo que es necesario transmitir la electricidad hasta esos puntos. La siguiente formula nos proporciona la potencia eléctrica transmitida por una línea. Como puede apreciarse en la formula, para una potencia transmitida constante: a mayor voltaje de transmisión, menos corriente transmitida y, por lo tanto, menores pérdidas de energía en forma de calor en las líneas de transmisión, por efecto Joule. Los lugares donde se eleva el voltaje para transmitirlo se llaman subestaciones, y básicamente están compuestas de equipos llamados transformadores que incrementan el voltaje. Los voltajes más comunes de transmisión de electricidad en México son de 230 kV y 400 kV. c) Sistema de distribución primaria regulada: Cuando las líneas de transmisión llegan a los lugares de consumo, el voltaje es reducido en subestaciones para poder distribuirlo de manera más segura. En México los voltajes más comunes de distribución primaria reguladora son 13.8 kV (en Comisión Federal de Electricidad) y 23 kV (en Luz y Fuerza del Centro). Las subestaciones mencionadas estas compuestas básicamente por transformadores que reducen el voltaje de transmisión. d) Sistemas de distribución secundaria: Para poder utilizar la energía eléctrica, el voltaje de distribución primaria es reducido a valores seguros para su uso. La reducción del voltaje se lleva a cabo mediante transformadores. El voltaje más común en México para distribución secundaria es de 220 V de fase a fase. Como son sistemas en estrella, el voltaje de fase neutro es de 220 V/1.73 = 127 V, que es el que llega a nuestras casas por medio de la acometida. Después de la acometida se encuentran los
  8. 8. circuitos alimentadores y los derivados, descritos anteriormente, y estos últimos alimentan a los equipos utilizados. 1.4 Componentes de las instalaciones eléctricas. Para la realización física de una instalación eléctrica se emplea una gran cantidad de equipo y material eléctrico. El conjunto de elementos que intervienen desde el punto de alimentación o acometida de la compañía suministradora hasta el último punto de una casa habitación, comercio, bodega o industria en donde se requiere el servicio eléctrico, constituye lo que se conoce como los componentes de la instalación eléctrica. Los conductores eléctricos normalmente van dentro de tubos metálicos o de PVC que se conocen genéricamente como tubos conduit; los apagadores se encuentran montados sobre cajas, las lámparas se alimentan de cajas metálicas similares a las usadas en apagadores y también en los contactos: y asociados a estos elementos se tienen otros componentes menores, así como toda una técnica de selección y montaje.  Conductores eléctricos  Interruptores  Fusibles  Centros de carga
  9. 9.  Contactos y apagadores  Lámparas  Canalizaciones y accesorios. El objetivo de esta memoria de cálculo es el estudio de los conductores eléctricos, así pues. 2.0 Conductores eléctricos. El flujo de electrones necesita un material, como el cobre o el aluminio, que permita por su medio un fácil desplazamiento de los electrones. Este material, el cual va a soportar el flujo de electrones, es llamado conductor. Los alambres y cables que se emplean en casas habitación, comercios, bodegas, industria, etc., se conocen en el argot de los conductores eléctricos como cables para la industria de la construcción. Estos cables para la industria de la construcción en baja tensión están formados por los siguientes elementos: El conductor eléctrico, que es el elemento por el que circula la corriente eléctrica: es de cobre suave y puede tener diferentes flexibilidades:  Rígida: Conductor formado por un alambre.  Semiflexible: Conductor formado por un cable (cableado clase B o C).  Flexible: Conductor eléctrico formado por un cordón (clase I en adelante). El aislamiento, cuya función principal es la de soportar la tensión aplicada y separar al conductor eléctrico energizado de partes puestas a tierra; es de un material generalmente plástico a base de policloruro de vinilo (PVC). Este aislamiento puede ser de tipo termofijo a base de etileno-propileno (EP) o de polietileno de cadena cruzada (XLP). Una cubierta externa, cuya función es la de proteger al cable de factores externos (golpes, abrasión, etc.) y ambientales (lluvia, polvo, rayos solares, etc.). Normalmente está cubierta externa es de policloruro de vinilo (PVC) y se aplica en cables multiconductores.
  10. 10. Como hemos visto, los cables para la industria de la construcción están formados por un conductor de cobre suave de alta pureza, un aislamiento a base de policloruro de vinilo (PVC), etileno-propileno (EP), polietileno de cadena cruzada (XLP) o elastomérico (CP). En el caso de cables multiconductores, éstos cuentan con una cubierta externa a base de policloruro de vinilo o polietileno clorado (CP). Hablemos de las propiedades y características que deben tener los elementos de estos cables. Conductor eléctrico  Son cuatro los factores que deben ser considerados en la selección de los conductores: material, flexibilidad, forma y dimensiones. 2.1 Material. Los materiales más usados como conductores eléctricos son el cobre y el aluminio, aunque el primero es superior en características eléctricas y mecánicas (la conductividad del aluminio es aproximadamente el 60% de la del cobre y su esfuerzo de tensión a la ruptura, el 40%). Las características de bajo peso del aluminio han dado lugar a un amplio uso de este metal en la fabricación de los cables aislados y desnudos. En la siguiente tabla se muestran en forma general las propiedades de los conductores de cobre suave y de aluminio 3/4 de duro. Las razones de éxito que ha tenido el cobre se basan en su conductividad eléctrica y sus propiedades mecánicas, puesto que su capacidad de conducción de corriente lo convierte en el más eficiente conductor eléctrico, en términos económicos. El cobre –debido a su mayor capacidad de corriente para un calibre dado, a igual espesor de aislamiento que los cables de aluminio– puede instalarse en tubos (conduit), ductos, charolas o canaletas de menor tamaño. Es decir, los conductores de cobre minimizan los requerimientos de espacio. Esto resulta útil si se toma en cuenta que un aumento en el diámetro de los tubos (conduit), ductos o canaletas, en conjunto con el espacio requerido por
  11. 11. el alambrado, incrementa los costos de instalación al igual que todos los componentes que integran ésta (por ejemplo las cajas de conexión, chalupas, etcétera). El aluminio ha tenido éxito como conductor eléctrico en líneas de transmisión y distribución aéreas, pero no así como conductor eléctrico para cables de baja tensión en aplicaciones de la industria de la construcción. El aluminio presenta problemas en las conexiones debido a sus propiedades físicas y químicas, ya que bajo condiciones de calor y presión este material se dilata y, por tanto, se afloja en las conexiones. Las terminales de equipos, aparatos, dispositivos, etc., son fabricadas con cobre, cobre estañado o aleaciones de cobre, los cuales en la tabla de electronegatividad tienen valores similares, en tanto el aluminio –al estar más alejado de ellos en esta tabla de electronegatividad– presenta problemas de corrosión galvánica. 2.2 Dimensiones. El tamaño o sección transversal o calibre de los conductores eléctricos debe indicarse en mm2 y opcionalmente entre paréntesis el número de la escala de calibres americanos (AWG-kcmil), de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana de Conductores Eléctricos NOM-063-SCFI. Es importante recordar que a nivel mundial se usan dos escalas de calibres para cuantificar el tamaño de los conductores eléctricos: Escala americana AWG-kcmil (AWG = AmericanWireGauge; kcmil = kilocircularmil, anteriormente conocida como MCM). Escala Internacional (IEC), mm2. Un valor útil para convertir calibres en ambas escalas es el siguiente: El tamaño de un conductor eléctrico debe seleccionarse adecuadamente cumpliendo con los requerimientos técnicos y normativos de nuestro país. En las tablas del ANEXO I encontraremos las secciones o calibres, diámetros de conductores y las resistencias eléctricas en corriente alterna y directa. 3.0 Interruptores. Un interruptor es un dispositivo que sirve para interrumpir o restablecer una corriente eléctrica a través de un circuito eléctrico.
  12. 12. 4.0 Fusibles. Un fusible se puede definir como un dispositivo que se emplea para proteger los sistemas eléctricos contra fallas de sobrecarga y cortocircuito; esto se efectúa intercalando en un circuito eléctrico, de tal manera que cuando pase una corriente a través de éste (cuya intensidad excede un valor prefijado), interrumpe el circuito al que está conectado. Esto se logra al fundirse el elemento fusible del dispositivo de protección. Este elemento puede tener forma de alambre, cinta, etc. 5.0 Interruptor con fusibles. Es la combinación en un solo conjunto de los elementos definidos, este deberá poseer un enclavamiento tal que para acceder a la reposición de los fusibles, se deba previamente seccionar la alimentación. Este enclavamiento podrá lograrse mediante traba de puerta, obstáculo de acceso a los fusibles cuando el interruptor se encuentre cerrado, etc.  Interruptor automático. Elemento de maniobra y protección cuya capacidad de ruptura a la tensión de servicio, deberá ser igual o mayor a la corriente de cortocircuito en su punto de utilización.  Interruptor por corriente diferencial de fuga (interruptor diferencial). El interruptor diferencial deberá estar diseñado para funcionar automáticamente cuando la corriente
  13. 13. diferencial de fuga exceda un valor determinado de ajuste. El elemento de protección diferencial se podrá integrar en una misma unidad con la protección contra sobrecarga y cortocircuito. Los motores de corriente alterna (mono o trifásicos) deberán tener como mínimo un dispositivo de maniobra y protección que permita el arranque y detención del motor mediante el cierre o apertura de todas las fases o polos en forma simultánea; y la protección de la línea de alimentación contra sobrecargas y cortocircuitos. En el caso de motores trifásicos de más de 0,75 kW, además de la protección indicada anteriormente, debe utilizarse un dispositivo de protección que interrumpa el circuito de alimentación cuando esté ausente la tensión de una fase. Se recomienda esta protección también para motores de menor potencia. 6.0 Soporte de conductores. 6.1 Ductos metálicos con tapa. Este tipo de ductos puede tener la tapa embisagrada o de tipo desmontable y sirve para contener y a la vez proteger a los conductores que se colocan o alojan en el ducto, cuando éste ha sido ya totalmente instalado. Se usan como canalizaciones visibles en lugares secos y cuando se instalan a la intemperie se deben especificar a prueba de agua. Estos ductos no se deben usar cuando estén sujetos a daños mecánicos, expuestos a vapores y gases corrosivos o en lugares clasificados como peligrosos. Los conductores alojados en los ductos no deben ocupar más del 20% (Art. 362-19 NOM-001- SEDE) de área interior del ducto ni tampoco alojar a más de 30 conductores que llevan corriente. 6.2 Charolas para cables. Las charolas o soportes continuos para cables son conjuntos prefabricados en secciones rectas con herrajes que se pueden unir para formar un sistema total de soporte de cables.
  14. 14. 7.0 Subestación. La subestación eléctrica, se define como la sección o área determinada de una empresa o industria que se requiere para recibir el suministro de energía eléctrica (acometida). Para lo cual se hace indispensable la instalación especial y apropiada para la transformación de la energía eléctrica de un nivel de voltaje a otro más adecuado, se usa un conjunto de equipos que no solo transforman, sino que también controlan y regulan la energía eléctrica. Dentro de la clasificación general de las subestaciones eléctricas, las subestaciones más utilizadas son: Subestaciones de interior tipo abierto. Subestaciones tipo cerradas o compactas. Las llamadas subestaciones abiertas son de hecho las subestaciones principales en las industrias en donde se manejan cargas considerables en tanto que las compactas se usan en industrias menores, edificios de departamentos y comercios principalmente. Elementos básicos:  Aparta rayos y cuchilla fusible.  Sección destinada al equipo de medición.  Sección destinada al alojamiento de cuchillas de prueba.  Sección destinada a las cuchillas seccionadoras.  Sección destinada al transformador.  Sección donde se alojan los tableros de distribución (en baja tensión). Sistemas de protección:  Fusible (corto circuito).  Cuchilla fusible (conecta y desconecta).  Aparta rayos (descarga a tierra).  Transformador de instrumentos (Medición 5 A – 120 V).  Tablero de control.
  15. 15. 8.0 Secuencia de cálculo. 8.1 Listado de motores necesarios para el área de producción (galletas de trigo). EQUIPO Potencia kW W Volts Tamizadora 2.0 2000 220-230 Mezclador en V 4.0 4000 220-230 Mezclador 5.0 5000 220-230 Amasadora 4.7 4700 220-230 Tanque de reposo 1.5 1500 220-230 Laminadora 7 7000 220-230 Horno 11 11000 220-230 Túnel de enfriamiento 5.5 5500 220-380 Envasadora 2.4 2400 220-230 Total 43.10 43100 1990 Nota: Para los cálculos se usara el voltaje más alto de cada equipo. 8.2 Ejemplo de cálculo o secuencia de cálculo. 1. Se determina la carga de la cual se calculará el calibre de los alimentadores principales. 2. Se aplica la fórmula para motores trifasicos: En donde: I = corriente que pasará por los conductores (amperes); P = carga total (Watts);
  16. 16. V = voltaje que llega a la residencia por medio de la acometida (127 Volts-ca para el caso de una instalación que no rebasa los 5,000 Watts) 0.9 es el denominado factor de potencia el cual regularmente es del 90% por la combinación de cargas resistivas e inductivas existentes en la instalación eléctrica. 3. Con la Intensidad (I) se busca el calibre del conductor en las tablas correspondientes (anexos) , dependiendo de la marca del fabricante y de si estará al aire libre (instalación visible) o en tubo (instalación oculta). Nota: De acuerdo al artículo 110-14 de la NOM-001-SEDE-2005, si la corriente en el circuito es mayor a 100 A, se elige la capacidad de corriente a una temperatura de operación del conductor de 75°C. Si la corriente del circuito es menor de 100 A, se elige la capacidad de corriente a una temperatura de operación del conductor de 60°C. 4.Con el calibre obtenido anteriormente se realiza la selección del diámetro, utilizando las tablas correspondientes ubicadas en los anexos del presente documento. 5. para el cálculo de conductores se multiplica la intensidad por el factor de corrección, que se encuentra en los anexos, de acuerdo con la temperatura que trabaje el equipo 8.3 Tabla de resultados. Equipo Intensidad aparente Calibre Diámetro(mm) Conductores Tamizadora 5.57 14 1.628 41 Mezclador en V 11.156 14 1.628 41 Mezclador 13.945 12 1.052 41 Amasadora 13.108 12 2.052 41 Tanque de reposo 4.183 14 1.628 41 Laminadora 19.523 8 3.264 41 Horno 30.68 8 3.264 41 Túnel de enfriamiento 9.28 14 1.628 41 Envasadora 6.693 14 1.628 41
  17. 17. 8.4 Selección de la subestación. Carga= Σpotencia de motores + Σiluminación Carga= 43.1 kw + 303.55 kw = 346.65 kw Se utilizará una subestación de 347 kw; sus especificaciones son las siguientes: Fondo Frente Alto Acometida 48.03 18.11 91.5 Cuchilla 48.03 24.02 91.5 Interruptor 48.03 48.03 91.5 Acoplamiento 48.03 18.11 91.5 Medición 48.03 60 91.5 Camino de barras 40.03 18.111 91.5 9.0 Bibliografía:  Harper Enriquez. Protección de instalaciones eléctricas industriales y comerciales. Editorial Limusa. 2da edición. México. (2003).  Manual técnico de instalaciones eléctricas en baja tensión. Condumex Cables. Premio nacional de tecnología. Grupo Condumex. Quinta edición. México (2009).  NOM-001-STPS-2008. Edificios, locales, instalaciones y áreas en los centros de trabajo- Condiciones de seguridad. Diario Oficial. México (2008).  NOM-025-STPS-2008. Condiciones de iluminación en los centros de trabajo. Diario Oficial. México (2008).
  18. 18. 10.0 ANEXOS CONDUCTORES

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