CALCULO DE CARGA CON DIAGRAMA UNIFILAR

Nuevamente  veremos el ejercicio de calculo de capacidad, pero con la variante que mostraremos el diagrama unifilar para el diseno de el edificio

OBJETIVO GENERAL Aprender de forma teórica determinar valores de voltaje, amperaje y demas variables para poder determinar calibres, capacidades,caidas de tension, etc. EJEMPLO 2: Una torre residencial de 16 pisos cuenta con dos apartamentos por piso de 260m2 c/u, cuyas áreas comunes y de circulación son el 10 % de las áreas habitables, un parqueadero de 600m2, 2 ascensores, 4 motobombas. Elaborar y calcular los componentes de un diagrama unifilar que permita el funcionamiento de un elevador, 2 motobombas y la iluminación de áreas comunes y de circulación y un 50% del parqueadero cuando falla el suministro de la compañía de electricidad.SOLUCION:Definimos las áreas de la siguiente forma:1. Áreas habitables por piso : 2 aptos * 260m2 = 520m22. Áreas habitables Totales = 520m2*15pisos = 7800m2 3. Áreas comunes totales = 260m2*2*0.1 =52m24. Áreas del parqueadero = 600m2Calculamos entonces la demanda:a. Carga de alumbrado: 7800m2 * (32 VA/m2) = 249600 VA. Art. 220.3 bb. Carga de pequeños artefactos = 3000VA/Apto * 30 Aptos * = 90000 VA. Art. 220.16c. Carga lavandería = 1500VA * 30 Aptos = 45000VA. Art. 220.16d. Carga Calentador de agua caliente = 1500VA * 30 Aptos. = 45000VA.Art. 220.16e. Carga refrigeradores = 1500VA * 30 Aptos = 45000 VA. Art. 220.16.f. Carga de aire acondicionado = 2500 VA * 30 Aptos = 75000 VA. Art. 210.63g. Carga Secadoras = 5000VA * 30 Aptos = 150000 VA. Tabla 220.18.h. Cargas Estufas = 8000 VA * 30 Aptos = 240000 VA. Tabla 220.19i. Carga parqueadero = 600m2 * (5 VA/m2) = 2400 VA. Art. 220.3bj. Cargas áreas comunes y circulación = 780m2 * (5 VA/m2) = 3900 VA. Art. 220.3b.

k. Carga elevadores = 2 * 7500 VA = 15000 VAl. Carga motobombas = 4 * 4500 VA = 18000 VA. Art.El cálculo de la demanda se hace de la siguiente forma:= ((3000 *1 + 117000*0.35 + 129600*0.25)) Tabla. 220.11 + ((225000*0.25 + 75000*0.35)) Tabla 220.11 + ((150000*0.3 + 240000*0.24)) Tabla220.19 + ((3000*1)+ (4000*0.35)) Tabla 220.11 +((15000*1 + 18000*0.5)) Solo van a funcionar 2 motobombas no las 4. La carga de los elevadores sale de la tabla 620.14.Nota : Recordar que el factor multiplicativo (0.35,1,0.25,etc) equivale a un factor de utilización.Demanda = 76350 + 82500 + 102600 + 4400 + 24000 = 289850 VA.Para cargas futuras y reestructuración se dimensiona el transformador = 350 KVA.Transformador = 350 kVA (13200V / 208-120V)I primario = (350000VA / (1.73*13200V)) = 16 A. Se toma el calibre del conductor de fase en el lado del primario de: 53.5mm2 (1/0 AWG) XLPE – Canalización Φ = 4’’Seccionador = 3*20 A. Art. 240.6I secundario = (350000VA / (1.73 * 208V)) = 972 A. Se hace un haz de conductores = (972/3) = 324 A. Art. 310.4.Calibre del conductor (haz) = Cu 3*202.68 mm2 (400Kcmil), 75 ˚C THW. Tabla 310.16Interruptor General = 3 * (700 A – 1000 A).Alimentador de apartamentos:Carga de alumbrado: 260m2 * (32 VA/m2) = 8320 VA.Demanda por apto: ((3000*1 + 5320*0.35) Tabla 220.11 + (10000*0.35) Tabla 220.11 + (5000*1) tabla 220.18 + (8000*0.8) Tabla 220.19Demanda por Apartamento: 19762 VA.I apto: (19762VA/208V) = 95 A.Calibre del conductor del alimentador: Según tabla 310.16 de NTC20503*Cu21.14mm2 (4 AWG) THWCaída de Tensión = 2 (Rc * Cos Φ + Xc * Sen Φ) * IFp = 0.9 no todas las cargas son lineales.Rc = 1.02Ω/KmXc = 0.197Ω/Km.La CT admisible según el Articulo 215.2 Nota2, es del 3% para el alimentador.3% *208 = 6.24V.Reemplazando hallamos la distancia = 33m.Se estima una altura por cada piso de 2.5metros.La distancia de la subestación a la vertical es de 8 metros.33m – 8 m = 25 m25m / 2.5m = 10Entonces desde el piso 11 al piso 16, la caída de tensión en el alimentador supera el 3% admisible violando el articulo 215.2 nota 2. Para evitar caídas de tensión superiores al 3% admisible a partir del piso 11 se aumenta el calibre del conductor del alimentador a Cu 33.62mm2 (2AWG), 75˚C THW. Esta solución es a manera de ejemplo, ya que una solución que también se puede emplear consta de blindo barras, llevarlas desde el tablero de distribución general, hasta el último piso, y de allí tomar la alimentación para los diferentes apartamentos.Calculo del grupo electrógeno: Elevador + motobombas + Áreas comunes + Parqueadero.((7500*3) Ascensor + (1000*1) Control Ascensores + (4500*2 motobombas) + 4000 Áreas comunes + 1500 parqueaderos)) = 38000 VAEl grupo electrógeno se aproxima a 40 KVA a 208V – 120V:Grupo Electrógeno = (40000VA / (1.73 * 208V)) = 111AProtección Grupo E. = 3 * (100 A – 125 A) Según Art 240.6.A.Calibre del conductor de G.E. Cu 33.62mm2 (2AWG) 75˚C THW.Barraje de G.E = J = (1000 A/in2) = (111 A / 1000 A/in2) = 0.45Barra de cobre electrolítico = 4 * (1/2)" * (1/4)"

Para ver el diagrama unifiliar mas claro, seguir el link.

http://telergia.blogs.com/.a/6a00d8345169e569e2013485b0eec1970c-popup

FEDERICO GONZALEZ

INGENIERO ELECTRICISTA - ELECTRONICO

FGW LATIN AMERICA AND CARIBBEAN

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DIAGRAMA UNIFILAR Y CUADRO DE CARGAS ELECTRICAS

Diagrama unifilar, cuadro de cargas y protecciones eléctricas en sistemas residencialesDiagrama unifilar

Es el esquema o diagrama de una línea (unifilar) que nos da una idea general de toda la instalación eléctrica, desde la acometida hasta los circuitos ramales, contiene los siguientes datos: 

      Cantidad y calibre de los conductores de la acometida    Caja de medidor    Diámetro de la tubería   Número de circuitos del tablero

    Conexión a tierra

Se llama diagrama unifilar porque el diseño es realmente una sola línea (unifilar) y sobre esta única línea se trazan ciertas líneas, que indican si se utilizan dos, tres o cuatro conductores para alimentar la vivienda. Prácticamente son dos diagramas, uno general indicando la acometida y conexiones hasta el tablero y otro de esquema de conexión de los

dispositivos de protección, que varía de acuerdo al sistema usado para alimentar la vivienda.

Hay que tener especial cuidado con los diagramas unifilares, ya que de ellos depende la distribución de los circuitos en elCUADRO DE CARGAS, ya que una incorrecta distribución de los mismos recargaría una fase con respecto a otra más del 5%, valor recomendado.

Veamos los siguientes diagramas:

TOTAL CARGA INSTALADA 14430W

ANALISIS DE CARGAS ELECTRICAS: 

Equipos Mayores:                     Cocina Eléctrica + Calentador = 4000W Factor de Demanda para 2 artefactos 65% en  Tabla 220-19 de CEN                 4000W  al 65%    ..................................................................................... 2600W 

Alumbrado y Tomas Generales:              14430W – 4000W = 10430W Factor de Demanda para estas cargas Según Tabla 220-11 de CEN 

Primeros 3000W al 100%……………...……………………………3000.0WResto al 35%  (10430W – 3000W = 7430W al 35%)…..………..2600.5WTenemos………………………………………………………............5600.5W

    

      Para una Demanda de…………………………………….............8200.5W

I = 8200.5W / 360V = 22.79AMPS.

La Acometida podría ser con un conductor calibre # 10 AWG, pero según los

requerimientos de la NORMA y CEN la acometida será con conductores mínimo

No 8 AWG.

Ahora con mucho cuidado observe el siguiente cuadro de cargas y compárelo

con el diagrama unifilar mostrado en la hoja anterior y compruebe la

correspondencia.

Desequilibrio, para ello se toma el valor más alto como referencia:

DesEquilibrio:   (L3 - L1) / L1 = ((41.2 A - 40.1 A) / 40.1 A) * 100% = 2,67 %

Desequilibrio aceptable por ser menor que 5%

DesEquilibrio:   (L3 - L2) / L2 = ((41.2 A - 40.7 A) / 40.7 A) * 100% = 1,21 %

Desequilibrio aceptable por ser menor que 5%

 TOTAL CARGA INSTALADA 14430W

  ANALISIS DE CARGAS ELECTRICAS:

   EQUIPOS MAYORES:                   COCINA ELÉCTRICA + CALENTADOR = 4000W   FACTOR DE DEMANDA PARA 2 ARTEFACTOS 65% EN  TABLA 220-19 DE CEN               4000W  AL 65%    ........................................................................... 2600W

   Alumbrado y Tomas Generales:       14430W – 4000W = 10430W

   Factor de Demanda para estas cargas Según Tabla 220-11 de CEN

   Primeros 3000W al 100%……………………………………………3000.0W

   Resto al 35%  (10430W – 3000W = 7430W al 35%)……………..2600.5W

   Tenemos…………………………………………………………..........5600.5W

 

   Para una Demanda de……………………………………….............8200.5W

I = 8200.5W / 220V = 37.3AMPS.

Por tanto el calibre de alimentador (Fases, Neutro y Tierra) es No. 8 AWG THW ó THHW.

DesEquilibrio:   (L2 - L1) / L1 = ((59.8A - 59.6A) / 59.8A) * 100% = 0.3 %  EXCELENTE TRABAJO!

EJERCICIOS RESUELTOS:

1.      Elabore el cuadro de cargas, factor de demanda y el diagrama de conexiones del tablero de distribución monofásico trifilar para:

      14 Bombillos Incandescentes de 100W c/u.

      18 Tomacorrientes Uso General de 180W c/u.

       4Tomas que corresponden al circuito de cocina de 1500W

       2Tomas que corresponden al circuito de lavadora y plancha de 1500W

       1 Tomacorriente 220V (2F+N) para Aire Acondicionado de 36.000 BTU.

       1 Tomacorriente 220V (2F+N) para Secadora de Ropa de 3600W.

2.    Elabore el cuadro de cargas, factor de demanda y diagrama de conexiones del Tablero de Distribución, trifásico tetrafilar, para una casa que tiene:

      24 Tomas de uso General a 200W c/u.

      20 Bombillos Incandescentes de 100W c/u.

        5 Tomas en cocina 1500W

        2 Tomas lavadora y plancha de 1500W

        1  Calentador trifásico de 3000W

SOLUCION DEL EJERCICIO NO. 1:

1.      Se procede a elaborar el cuadro de cargas, teniendo en cuenta que la corriente para calcular el dispositivo de protección o breaker se calcula así:

    I breaker ó nominal = I calculada * 1,25

     Y el calibre del conductor se halla siguiendo la siguiente tabla:

Por ejemplo, supongamos que el circuito tiene una carga o potencia igual a 1600W/120V, para hallar el breaker y el calibre, se calcula primero la corriente:

       I calculada = 1600W / 120V = 13.33 AMPS.Ahora, multiplicando esta corriente por 1.25 y  se halla el breaker de protección y calibre del conductor:

I breaker = 13.33A * 1,25 = 16,66 AMPS.Observando la tabla anterior, se concluye que el breaker a utilizar es de 20A, por estar por encima del valor de la corriente, además que el calibre mínimo de los conductores para el circuito fase y neutro deben ser número

12 AWG. También se puede observar que si se hubiera utilizado la corriente calculada inicialmente el breaker sería de 15A, un valor muy ajustado que no hace flexible la instalación.

También es importante señalar que en el caso de Venezuela, el conductor mínimo para circuitos tanto residenciales como industriales es el # 12 AWG., Así que les recomiendo diseñar circuitos de 20 Amperios. a 120V (2400W), para ese conductor, teniendo la salvedad de máxima carga el 70% (1680W).

Ahora bien, volviendo con el ejercicio 1 se tiene el siguiente cuadro de carga, obsérvelo detenidamente.

* Se utilizan dos circuitos o dos breakers para la Secadora y también para el Aire Acondicionado porque están alimentados a 220V, lo que corresponde a dos fases. También la corriente solo para estos casos se calcula dividiendo por 220V.

Al observar detenidamente el cuadro de cargas, se tiene:

Se dividieron los bombillos en dos circuitos, esto con el fin de equilibrar cargas.

La corriente del equipo de Aire Acondicionado y la Secadora de Ropa, se ubicaron en ambas columnas tanto L1 como L2, esto debido a que están alimentadas a 220V, lo que significa que ambas líneas estarán cargadas con la misma corriente.

El desequilibrio no existe, ya que al restar las corrientes, obtenemos un resultado igual a 0 %, es decir, este diseño se ha realizado de una forma óptima, en ocasiones los valores no serán tan exactos, por tanto se pueden quitar o redistribuir las cargas (bombillos, tomas) de cada circuito hasta conseguir un desequilibrio menor al 5%.

Después de esto se elabora los cálculos de calibre de acometida:

Total carga instalada 15740W

Aparatos y electrodomésticos 8100W, se aplica el factor de demanda dado por la tabla 220-19  del CEN.

Aire Acondicionado  4500WSecadora de Ropa   3600W                                  8100W al 65%…  igual a  5265W

           Alumbrado y tomas generales general   (15740W – 8100 W) =   7640W                         Primeros 3000 al 100%                                    3000W                        7640W – 3000W = 4640W al 35%                   1624W                                                                                                   4624WSe suman los factores calculados de Aparatos  y Alumbrado: (5265W + 4624 w) = 9889W

A partir de este último valor se calcula la corriente de los conductores de la acometida:

I = 9889W/220V = 44.95 AMPS.

Que corresponde para un conductor calibre # 8 AWG.

Después de esto, se debe elaborar el diagrama unifilar de conexiones, siguiendo los circuitos enumerados en el cuadro de cargas:

SOLUCION DEL EJERCICIO 2:

El siguiente cuadro es una de las soluciones del Ejercicio 2, digo una, porque existen muchas formas de distribuir las cargas para equilibrar las tres fases.

Continúe…

Con el cuadro anterior calcule lo siguiente:

1. Escriba mínimo tres observaciones de él.

2. El desequilibrio de las fases

3. El calibre de los conductores

4. Dibuje el diagrama unifilar, tanto general como de conexiones e IDENTIFIQUE cada circuito en el cuadro de cargas de acuerdo a la línea que use y su ubicación en el diagrama.EJERCICIO 3 (PROPUESTO)

Elabore el cuadro de cargas, cálculo de la acometida para un sistema trifilar y diagrama unifilar para las siguientes cargas:

32 Tomacorrientes de 180W c/u

30 Bombillos fluorescentes de 15W c/u

  4 Tomacorrientes circuito cocina

2 Tomacorrientes circuito plancha y lavadora

1 Equipo de Aire Acondicionado Central de 4 TNR.

1 Calentado 3000W

1 Sistema Hidroneumático (Motor 220 - 2HP)

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