CAPÍTULO 4

Selección de Elementos

4.0. INTRODUCCIÓNEn el presente trabajo se pretende

establecer de la manera más sencilla los fundamentos teóricos, para la sección de los elementos de una instalación eléctrica, sin olvidar lo formal del punto de vista catedrático, pero con un franco sesgo hacia lo práctico de los cálculos. Este autor admite abiertamente que existen autores que han realizado un discusión más profunda al respecto de este tópico, pero este material solo es una aplicación sumamente práctica.

4.1. SELECCIÓN DEL TIPO DE AISLAMIENTO DE CONDUCTORES

Los conductores aislados posees asociados una capa protectora de material aislante, cuyo fin es proteger el conductor energizado del contacto contra otros conductores o estructuras.

El tipo de aislante del conductor, de va depender del servicio al cual se pretende someter. El primer aspecto a considerar es la tensión de operación para el cual se debe especificar, destacando básicamente tres: baja, media y alta tensión. Los aislantes de conductores de alta tensión son motivo de estudios más profundo a los alcances del presente estudio, y se deja su desarrollo a estudios de Técnicas de Aislamiento en Alta Tensión, a la vez que su uso es limitado a los grandes sistema de potencia. Los conductores con aislamiento para media tensión, según el CEN sección 326, corresponde al tipo MV, cuyo aislante será de tipo sólido para tensiones mayores a 2 KV y hasta 35 KV. Por último el aislante de baja tensión se sumamente utilizado, ya que en ella se centran la mayor parte de las instalaciones eléctricas (residenciales, comerciales e industriales).

La especificación de los diferentes tipos de aislantes de conductores y su uso en baja tensión quedan claramente esclarecidos en el CEN, en su sección 310, específicamente en la tabla 310-13.

De la gran cantidad de conductores que existen en le mercado y especificados en el CEN.

TABLA 1Tipos de Aislamientos

Nombre Comercial

Tipo Temperatura máxima de funciona.

Uso Aislante

Goma Resistente al

calor

RH 75ºC Lugar Seco

Goma Resistente al

calorRHH 90ºC Lugar

SecoTermoplástico resistente a la

humedad

TW 60ºC Lugar seco

Termoplástico resistente al

calor y retardante a

la llamaTermoplástico resistente a la humedad y al

calor

THW 75ºC Lugar húmed

o y secos

Termoplástico resistente a la humedad y al

calor retardante de

a la llamaFuente. CEN 310-13

El conductor TW, tienen un uso general, mientras que los conductores THW, se utilizan en un servicio más pesado que el TW, especialmente preferido para motores. Por otra parte es comúnmente en Venezuela un tipo de conductor denominado TTU polietileno PCV, que se utiliza para acometidas residenciales.

Se recomienda abiertamente una lectura completa y detallada a la Sección 310 del CEN, en el instante de seleccionar el aislante de un conductor.

4.2. CAÍDA DE TENSIÓN EN CONDUCTORTodo conductor posee asociado

intrínsecamente unas características que limitan su capacidad de transporte de energía eléctrica, estos son: la resistencia y la reactancia; en resumidas cuentas una impedancia. Entonces cuando por un conductor circula una corriente eléctrica, la mencionada impedancia desencadena una caída de tensión, esto se refiere a que, la tensión en el extremo de envío en el conductor es mayor que el potencial que le llega al extremo receptor. Aunque pareciera algo sumamente ingenuo, porque se suele asociar una impedancia muy pequeña a los conductores, la realidad es otra; la impedancia de los conductores depende de la longitud del

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conductor al igual que de su calibre. Por tanto, una selección cuidadosa del calibre del conductor debe ser realizada, de modo que en la longitud esperada de diseño, no se sobrepase los limites permitidos por el CEN en este aspecto.

Considere un trozo de conductor de longitud “L”, el cual alimenta una cierta carga.

FIGURA 1Circuito Equivalente de un conductor

Suponga que en el extremo de envío existe un potencia eléctrico es Vs, y en el de recepción es Vr, entonces la caída de tensión a lo largo del conductor es:

(1)

FIGURA 2Diagrama Fasorial de un conductor atravesado por corriente

Si se considera la resistencia total del conductor R y su reactancia inductiva X, es fácil demostrar que:

(2)En el caso en que IR e IX no exceden del

10%, entonces la ecuación anterior resulta:

(3)

Con esta suposición se asume que el error máximo viene dado por 2Vssen2/2, donde es

conocido como ángulo de potencia, y es simplemente el ángulo entre la tensión en el extremo de envío y recepción, este ángulo casi nunca supera los 5º, por lo que es muy poco el error cometido con la hipótesis anterior.

Si se considera que la resistencia y la reactancia, viene dado en forma de unidad de longitud.

(4)(5)

Siendo r y x en unidades de Ohm por metro.

(6)

Si se expresa la caída de tensión en porcentaje de la tensión de envío:

(7)

(8)

si se multiplica y divide por Vs la expresión anterior y se multiplica por resulta:

(9)

si se adopta el concepto de KVA y KV, de la ecuación anterior resulta:

(10)(11)

si se considera como una constante K:

(12)

Por consiguiente la ecuación resulta:

(13)

siendo la función anterior igualmente valida para corriente:

(14)

De las expresiones antes escritas reciben se deducen unos términos muy interesantes que reciben el nombre de capacidad de distribución

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(CD) y de una forma muy sencilla, para determinar el calibre de conductores.

(15)

(16)

El tipo de ecuación a utilizar para el calculo de la capacidad de distribución depende de la forma en que sea expresada o considerada la carga.

En el texto de Oswaldo Penissi (1986), Canalizaciones eléctricas residenciales, en el apéndice A, tablas 3 a la 10, se presentan los valores típicos de la capacidad de distribución para distintos tipos de conductores y calibres de los mismos.

La selección de un conductor por caída de tensión debe ser especialmente considerada, cuando se trata de tramos de conductores de una longitud apreciable que alimenten a cargas de valor considerable.

4.3. CAPACIDAD DE CORRIENTE EN CONDUCTOR

Un aspecto especialmente importante a considerar al momento de realizar la selección de un conductor, es la capacidad que posee este de transportar corriente eléctrica. La resistencia y la reactancia asociadas al conductor, son una limitante de la cantidad de energía que pueden transportar, esto originado por varios factores: tipo de material conductor, calibre del conductor (área de la sección transversal), tipo de aislamiento, ambiente de operación, etc. Con la selección del conductor por capacidad de corriente, lo que se persigue es ajustar el conductor, para que cuando por el circule la corriente nominal, los efectos eléctricos y físicos que se generen en el sean los más seguros posibles.

De todos los criterios para la selección del calibre del conductor, el más simple es el de capacidad de corriente, pero resulta sumamente importante su aplicación.

Existen varios factores por lo cuales se argumentan la aplicación de este criterio.

Cuando un conductor es desnudo, el calentamiento por efecto Joule, no afecta al conductor, hasta que no se alcanza el punto de fusión de material, pero cuando el conductor es aislado, esto puede involucrar el deterioro del aislamiento, y acortar su vida útil, hasta poder provocar una falla por ruptura de la aislación.

En general, con la selección por caída de tensión del conductor lo que se persigue, es simplemente adaptar el tamaño del conductor, para

que las perdidas asociadas a corriente nominal del conductor no eleven la temperatura del conductor a un punto perjudicial para el aislante del conductor.

Los fabricantes de conductores suelen proveer una serie de tablas contentivas de datos referentes a la capacidad de corriente de sus conductores, indicando la capacidad de corriente del mismo, en diferentes ambientes y condiciones.

Por otra parte el CEN, en sus tablas 310-16 a la 310-19 presentan la capacidad de corriente de los conductores en función de su calibre, tipo de aislante, etc., además de los factores de reducción para temperaturas diferente a 30ºC. estas tablas son valores aproximados, pero en ciertas situaciones es posible también utilizar los datos suministrados por el fabricante.

El autor Oswaldo Penissi (1986), por su parte en su texto, Canalizaciones eléctricas residenciales, en el Apéndice A, gráfica 17 a la 24, muestra los resultados gráficos de los ensayos aplicados a los conductores que también son utilizados para la selección de los conductores por aplicación directa.

4.4 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN

Las instalaciones eléctricas tienen como finalidad encausar la energía eléctrica desde el punto de suministro hasta los de consumo, pero los elementos y personas que se encuentran expuestas a estas tareas, han de ser protegidos contra daños, y es donde surge el concepto de Sistemas de Protección.

El estudio de las protecciones es amplio y delicado, ya que como se evidenciará más adelante debe saber disgrimir las condiciones normales y anormales1 de operación de la instalación eléctrica, 1 En lo sucesivo En lo sucesivo, se clasificaran las condiciones anormales de operación, más triviales en: cortocircuito, sobrecorriente y sobrecarga.Cortocircuito: Según González F. (1995), se define la falla por un cortocircuito como el fenómeno transitorio originado cuando conductores energizados de distintas fases entran en contacto entre sí o con tierra. El cortocircuito es caracterizado por la circulación de elevados valores de corriente (entre 10 y 20 veces la corriente de carga).Sobrecarga: El CEN en su Sección 100, define una sobrecarga, como el funcionamiento de un equipo excediendo su capacidad de carga nominal, o de un conductor con exceso de corriente sobre su capacidad nominal, cuando tal funcionamiento de persistir por suficiente tiempo, causa daños o sobre-calentamientos peligrosos. Una falla como un cortocircuito no es una sobrecarga.Sobrecorriente: La sección 100 del CEN, establece que una sobrecorriente es cualquier valor de corriente, sobre la corriente nominal del equipo, o sobre la capacidad de corriente de un conductor. La sobrecorriente puede ser causada por una sobrecarga o un cortocircuito.

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de manera de ofrecer resguardo a los equipos y a las personas. La selección y adaptación de las protecciones a la instalación eléctrica es un proceso apasionante que casi raya en el nivel del arte de la electricidad, ya que requiere de conocimientos profundos de los posibles estados de operación de la instalación.

4.5. SISTEMAS DE PROTECCIÓNLas instalaciones eléctricas, aunque sean

diseñadas de manera perfecta son susceptibles a fallas (condiciones anormales de operación), que provoque dañosa los equipos y personas de los mismos, representando perdidas de vidas valiosas o costos de reparación y reposición elevados y en ocasiones afectan la calidad del servicio. A fin de minimizar en lo posible las consecuencias que puedan generar las condiciones anormales de operación, surgen los sistemas de protección.

La razón de ser de los sistemas de protección proviene del hecho que cualquier elemento de la instalación esta sujeto a fallas, independientemente de su costo, y calidad. El objetivo primordial del Sistema de Protección es detectar las condiciones anormales (falla) de operación de la instalación, determinar su localización y retirar rápidamente de operación únicamente la parte necesaria para eliminar la parte de la instalación que se encuentra fallada.

Las funciones más simples que realizan los sistemas de protección según el autor Palacio A. (1986), en su texto protecciones I, son resumidas a continuación: Retirar rápidamente del servicio la parte del

sistema necesaria para despejar la falla con el objeto de evitar la calidad de servicio.

Poner en operación, sistemas de señalización para indicar la operación anormal del sistema.

Retirar del servicio la parte del sistema en donde la condición anormal pueda afectar al sistema y a los equipos.

Impedir maniobras de operación incorrectas que por error puedan cometer el personal del sistema y que atente al sistema.

Seccionar el sistema en los puntos más aconsejables para que la repartición de carga frente a una condición anormal.

Reducir los daños ocasionados por la falla retirando oportunamente el equipo fallado.

Para que el sistema de protección cumpla con estos objetivos, ha de poseer una serie de características como: Sensibilidad: Debe tener la suficiente

sensibilidad para detectar solo las fallas que afecten al sistema.

Selectividad: Debe poder determinar la localización de la falla para despejarla,

retirando únicamente la parte afectada por el sistema.

Rapidez: Debe determinar con que velocidad es necesario despejar la falla, y poseer la rapidez adecuada para hacerlo.

Confiabilidad: Las fallas que afectan el sistema son de poca frecuencia de ocurrencia, por lo que se debe diseñar para que solo opere en condiciones de falla, y que su operación sea correcta.

Estabilidad: Es necesario que el sistema de protección sea estable, de manera que frente a una fallado se retiren innecesariamente equipos sanos del sistema.

Es importante acotar, que el sistema de protección debe ser capaz de diferenciar una condición anormal de operación, y como estos elementos no son con inteligencia propia, estos deben ser instruidos (calibrados) para este fin, y es tarea del ingeniero de protecciones tal labor; de ahí lo difícil del área de protecciones. Por otra parte, las exigencias de las protecciones eléctricas en los sistemas de baja tensión y muy simples, son sencillos, y este será el alcance de este trabajo.

Toda instalación eléctrica, independientemente de su función, envergadura, costo, etc., debe poseer equipos de protección asociados a los equipos. El costo de los equipos de protección no es preponderante, ya que su valor queda evidenciado en su momento de operación.

Los equipos de protección utilizados en los sistemas de gran potencia y los empleados en instalaciones eléctricas de baja tensión son radicalmente diferentes, en algunas de sus características (en la capacidad y elementos aislantes), pero similares en su funcionamiento.

En las instalaciones de baja tensión es común encontrar básicamente los siguientes elementos: interruptores, fusibles.

4.6. INTERRUPTORESSe define interruptor como el aparato que

se utiliza para abrir o cerrar un circuito. Penissi O. (1986), estas operaciones pueden ser realizados en condiciones de operación normal o de falla, y mediante mecanismos automáticos o manuales, González F. (1995).

El término interruptor es un neologismo importado de la lengua anglosajona, específicamente del termino “Braker”.

Los interruptores deben de ser capaces de operar para interrumpir el paso de la corriente eléctrica bajo condiciones normales y anormales de operación. Los interruptores no deben ser confundidos con los seccionadores y cuchillas.

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Un seccionador, según el CEN en su sección 100, es un aparato de maniobra destinado a separar un circuito eléctrico de la fuente de energía. No tiene la capacidad de interrupción de corriente y esta destinado a ser manipulado solamente después que el circuito ha sido abierto por algún otro medio; existe un tipo muy especial, los seccionadores bajo carga, que son capaces de accionar bajo corriente de carga, pero tiene su utilidad en sistemas de distribución. Las cuchillas por su parte, son un tipo muy sencillo de seccionador, que posee una palanca para operación.

4.7. INTERRUPTOR AUTOMÁTICOLos interruptores automáticos están diseñados

para operar en circunstancias anormales de corriente, sin que el mismo sufra daño, Penissi O. (1986). El despeje del circuito operado por el interruptor, depende del valor determinado de corriente diseñado, el ajuste.

Los interruptores automáticos en baja tensión, son clasificados en dos grandes grupos de acuerdo a su construcción:

Termomagnéticos en aire Termomagnéticos en Caja moldeada

(Molded Case Circuit Braker)

Los primeros (en aire), son realizados por elementos metálicos, que por lo general son fijos a Cajas de distribución o Tableros, son especialmente utilizados en tableros principales, operando de una rango mayor de capacidad que sus homólogos, los de caja moldeada y además tienen la bondad de que pueden ser accesados en forma sencilla, es decir poseen unidades que son cambiables. Por su parte los segundos, son construidos, por lo general en forma herméticas a partir de una caja de resina de alta presión, resistente al fuego, y de alta resistencia mecánica, (por lo general úrea o poliester de vidrio) tienen la particularidad de que son para usos de menor capacidad que los anteriores.

En Venezuela, es muy común utilizar los interruptores al aire, en sistemas industriales en subestaciones, y tableros, dejándose los de caja moldeada en uso residencial o industrial liviano.

Los interruptores termomagnéticos reciben su nombre por la doble acción: térmica y magnética a la vez.

La acción térmica es proveída por una unión de dos elementos metálicos de diferente coeficiente de dilatación, con lo que al paso de la corriente se dilata en forma irregular, aprovechando esto para accionar la apertura del interruptor. La característica de operación desde el punto de vista térmico depende de la curva de tiempo corriente de

los materiales asociados. Esta forma de operación es comúnmente denominada, tiempo inverso, ya que a mayor corriente menor es el tiempo de operación.

La acción magnética proviene de una bobina cuyo núcleo es movible, y realiza la apertura del interruptor. La característica magnética es de tipo instantánea, debido a lo corto del tiempo de su operación.

En forma general, el interruptor termomagnéticos es muy útil, ya que resume dos acciones, las sobrecargas con el elemento inverso (tiempo inverso) y los cortocircuitos (instantáneo).

FIGURA 3Tipos de Acción de Interruptores. Tiempo Inverso (a la

izquierda) e Instantáneo (derecha)

En el caso de instalaciones con una complejidad grande, se suele recurrir a interruptores que le pueden ser ajustadas estos tipos de acción a detalle además de otras características.

El CEN dedica su sección 380, para las especificaciones de suiches e interruptores automáticos.

FIGURA 4Parte de un interruptor termomagnético de caja moldeada

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FIGURA 5Vista frontal de interruptores de caja moldeada

4.8. FUSIBLESLos fusibles, fueron los elementos pioneros

de las protecciones eléctricas, por su simplicidad.El CEN en su sección 100, define un fusible

como un dispositivo de protección contra sobrecorriente con una parte fusible, que abre el circuito cuando se calienta y corta el paso de la sobrecorriente a través de la misma. Los fusibles están diseñados con partes conductoras de metal, que con el paso de cierta corriente, para la cual han sido diseñados, se funden por exceso de temperatura. El alambre del fusible, se selecciona en función de la corriente nominal del circuito a proteger, colocándose este en serie. Los fusibles por lo general poseen una cámara de extensión del arco, para enfriar el arco producido por el recalentamiento del conductor al ser atravesado por la corriente de falla. En el mercado comercial son muy variados las características de los fusibles, pero siempre bajo el mismo esquema de operación.

De acuerdo a la forma de operación, los fusibles son distinguidos en dos clase: limitadores y convencionales. Los limitadores como su nombre lo indica limita el efecto del arco que se produce al fundirse el elemento metálico, pero en un tiempo menor que el correspondiente a la corriente máxima de falla extinguiéndose dentro de su cámara, mientras que los convencionales no tienen estas características.

La característica de corriente y tiempo de operación, va a depender del material conductor empleado para la construcción el fusible.

Los fusibles de acuerdo a su construcción, pueden ser de muy variados tipos: el conocido como bayoneta o navaja, que consta de un cilindro de cartón o fibra, que termina en planos conductores que encaja en el portafusible. El denominado fusible de expulsión, con una cámara abierta para permitir la salida de gases. El fusible llamado galga, que es abierto y formada por una o varias cintas metálicas, soldadas a terminales

sujetados con tuerca. Es común por otra parte unos fusibles en base de porcelana y forma circular, llamados tapones.

FIGURA 6Diferentes tipos de fusibles

En Venezuela, es muy común en las instalaciones residenciales, utilizar una cuchilla con fusible de tipo cinta, que vulgarmente denomina “plomo”, ya que el material de este es el plomo.

Es importante mencionar, que el tiempo de respuesta de los interruptores es menor que la de los fusibles, por eso se suele utilizar este último como protección de respaldo por sobrecorriente.

4.9. TABLEROSLos tableros son estructuras constituidos

por un grupo de paneles, diseñados para que sean alojados en ellos equipos eléctricos. El tablero puede ser formado por un gabinete auto-soportable, o bien de tipo empotrado (generalmente utilizado en instalaciones residenciales). Los equipos depositados en los tableros son barras2, interruptores en el caso más simple (residencial), pudiendo llegar a alojar medidores de tensión, corriente, potencia, energía, frecuencia, etc. en función de las exigencias del caso.

2 Una barra (bus), se define como un elemento metálico, donde se realiza la conexión de varios elementos eléctricos.

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FIGURA 7Tipos de Tableros

En Venezuela, el diseño de los tableros se encuentra normado por la norma COVENIN y NORVEN de 1968 y la sección 384 del CEN; en general estos deben cumplir con: Deben ser de material incombustible. Los tableros metálicos para empotrar deben ser

de acero galvanizado (número 16) y si es de para sujetar de acero (No. 14), sin salida para tubos.

Debe poseer acceso frontal, con una puerta de lámina de 1/8” con bisabras y cerradura, además de la identificación normada. El tablero debe estar pintado con fondo antioxidante.

Las barras, para las fases serán de cobre electrolítico cadmiado, con una densidad de corriente de 150 Amp/cm2.y una capacidad de interrupción superior a la del interruptor principal, fijas en chasis con aisladores y una separación mínima entre fases de 2 cm, con capacidad de corriente hasta 4000 Amperes.

Barras de neutro, esta será de cobre electrolítico cadmiado, plateada o similar, de igual capacidad que las fases, fijas con chasis aislado con bakelitas, y separación con las barras de fase de 5 cm.

Los conductores de los circuitos ramales, serán de tipo termomagnético, de 1,2 o 3 polos, según las especificaciones de diseño, desde 15 Amperes en adelante, con conectores a presión

para los conductores y conectados a las barras por platinas de cobre.

El interruptor principal, será de tipo termomagnético, bipolares o tripolares desde 15 Amperes hasta 5000 Amperes, conectados a las barras de fase por platinas; para desconectar el alimentador. La capacidad de este interruptor debe ser menor o igual a la capacidad de las barras de las fases.

FIGURA 8Tipos de Tableros

4.10. PUESTA A TIERRASe define la puesta a tierra, como la

conexión física que se realiza entre las partes no conductoras y conductoras que no transporte corriente de un equipo eléctrico y tierra3. La conexión con tierra se realiza para que la tensión de las partes no energizadas metálicas, no sobrepase los valores aceptables para el ser humano, en primera instancia. Por otra parte en la situación en que la aislación del equipo falle, la puesta a tierra se transforme en el camino de menor impedancia para las corrientes de falla, de igual forma evita la acumulación de cargas electrostáticas, producidas por inducción.

El estudio de puesta a tierra en instalaciones eléctricas es un área delicada, y que requiere de cuidadosos y minuciosos cálculos.

En el ámbito de las instalaciones eléctricas residenciales, la puesta a tierra es algo más sencilla; de hecho el CEN en su Sección 250, 3 El ANSI/IEEE Std 100-1984, IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms, define tierra como una conexión conductora, intencional o accidental, en la cual un circuito eléctrico o equipo es conectado a la tierra o algún cuerpo conductor de una gran extensión que sirve en lugar de tierra.

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establece los requerimientos básicos para la puesta a tierra. Todos los equipos fijos o conectados por métodos de cableado permanente, que posean parte metálicas no destinadas a transportar corriente y que tengan probabilidad de entrar en contacto con partes activas bajo tensión, deben estar conectados a tierra; es así que se recomienda esta práctica a las lavadoras, refrigeradoras, secadoras, bombas de agua, aire acondicionados, etc.

La instalación ideal para la puesta a tierra es conectar directamente la tierra de los equipos a la del tablero, con un cable a la puesta a tierra interna de la vivienda, e instalar una varilla de tierra, de tipo Copperweld4 de 5/8” por 2.44 m. (tamaño normalizado en Venezuela) hincada a profundidad en un suelo con cierta humedad, y mediante un alambre de cobre desnudo de numero 4 AWG.

El CEN en su sección 250, establece los calibres que deben ser utilizados para la puesta a tierra en las tablas 250-94 y 290-95. Estas tablas sirven para el diseño del conductor de puesta a tierra, en función de la capacidad de sobrecorriente del dispositivo de protección que se trate.

4.11. INTRODUCCIÓN A LAS INSTALACIONES DE FUERZA

Una de las mayores ventajas de la electricidad es su facilidad, para transformarse en otro tipo de energía, en especial a la de tipo mecánica, que efectúa trabajo útil en la mayoría de los procesos manufactureros o fabriles.

La conversión de electricidad en energía mecánica es llevada a cabo en unas máquinas eléctricas que reciben el nombre de motores.

Los motores son de uso común dentro de las instalaciones eléctricas, como compresores y ventiladores en acondicionadores de aire, transportadores, bombas, elevadores, ventiladores, etc. Los motores son generalmente seleccionados por lo ingenieros de proyectos en las empresas fabricantes de los equipos. Pero en el momento de ser emplazados en las instalaciones eléctricas, se requieren de conductores, protecciones, etc. que se encuentren diseñados a las especificaciones fieles del motor.

Las canalizaciones empleadas para motores reciben comúnmente el nombre de Sistemas de Fuerza, las construcciones que generalmente requieren de estos son : industria pesada, liviana y pequeña y mediana, además de talleres, edificios residenciales, hospitales,

4 Copperweld, es una varilla constituida de acero, la cual se le realiza un tratamiento de recubrimiento superficial de cobre, el objetivo de esto, es incorporar la dureza del acero y la baja resistencia eléctrica del cobre; al tiempo que se reduce el costo.

comercios, y hasta escala residencial en menor proporción.

En el ámbito residencial, el uso de circuitos de fuerza se reserva a las instalaciones que requieren de equipos centralizados de acondicionador de aire, trituradoras de basura, hidroneumáticos, etc.

4.12. ESPECIFICACIONES DE MOTOREl CEN dedica su sección 430, a los

alimentadores y circuitos ramales para motores, pero inicialmente se debe establecer que la alimentación de un motor eléctrica esta supeditada a las condiciones por las características de funcionamiento del mismo. En conformidad a lo establecido en la normativa COVENIN 200, el CEN establece en su articulo 430-6, los motores deben ser marcados por el fabricante con la siguiente información: nombre del fabricante, tensión en voltios e intensidad nominal a plena carga en Amperes, frecuencia nominal y número de fases para motores de corriente alterna, aumento nominal de temperatura o clase de aislante, régimen nominal en tiempo, potencia nominal expresada en HP, letra código, entre otros datos más específicos.

4.13. CORRIENTE NOMINAL PARA UN MOTOR

Un aspecto importante, en el diseño de una instalación eléctrica de fuerza es la selección de la corriente nominal del motor, o también denominada nominal a plena carga.

Para establecer la corriente nominal de una motor (Inom), existen varios procedimientos, todos igualmente valederos, según las condiciones e información que se disponga.

Una mecanismo muy sencillo, de establecer la corriente nominal es directamente verificando su valor en la placa del motor, o la información que pueda suministrar el fabricante, pero se debe admitir que esta es una condición poco aplicable, debido a que el diseño del circuito de fuerza se realiza antes de la colocación en sitio del motor.

Un mecanismo igualmente valedero, es aplicar un ensayo en carga del motor, la corriente que se obtiene en este es muy realista y aplicada al caso del motor en consideración, pero esto raramente se realiza.

Es posible, que se disponga de la Potencia del motor (HP5), al igual que su tensión de operación (Vnom), y entonces se puede aplicar ecuaciones para estimar la corriente nominal, pero en este caso además se requiere conocer el tipo de motor (trifásico, bifásico, monofásico, o corriente

5 HP: Hourse Power. Aunque en algunas ocasiones como en motores de fabricación europea se conocen directamente los Kwatt.

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continua) y el factor de potencia, el cual generalmente se debe asumir, pero esto incorpora un sesgo en la estimación de la corriente nominal.

Finalmente, una práctica muy común es consultar tablas ya normalizadas, las cuales establecen los valores típicos de los motores eléctricos en función de su tensión, potencia y tipo.

En Venezuela, el CEN, en sus tablas 430-147 a la 430-150, se establecen la corriente a plena carga para los motores. Tabla 430-147: Motores de Corriente Continua (DC), Tabla 430-148: Motores Monofásicos de Corriente Alterna (AC), Tabla 430-149: Motores Bifásicos de AC, Tabla 430-150: Motores Trifásicos de AC.

4.14. ESTRUCTURA DE UN CIRCUITO DE FUERZA

Inicialmente se debe conocer que la alimentación de un motor eléctrico esta sujeta a las condiciones y características de funcionamiento del mismo, el tipo de alimentación por lo general puede ser de tres tipos (en el caso de corriente alterna), monofásico, bifásico y trifásico, siendo preferido este último para grandes potencias. Los niveles de tensión por lo general son: 120 208, 240 y 480 Voltios, pudiendo existir casos particulares de mayor tensión de operación.

FIGURA 9Estructura Típica de un circuito ramal de fuerza para motor

La estructura especifica de un circuito de fuerza, depende en forma directa de los requerimientos prácticos de la carga que alimenta. En el caso de los alimentadores de fuerza para motores, estos por lo general parte de un punto de alimentación o circuito alimentador (feeder), luego del cual se coloca un medio de desconexión de la fuente; los conductores para el circuito de fuerza, y su protección, un elemento controlador para

arrancar el motor (vulgarmente denominado arrancador o contactor), el cual sirve para además de arrancar el motor proveer unos elementos de protección contra sobrecarga del motor.

FIGURA 10Elementos de un circuito radial de fuerza para motor

En el caso de instalaciones de fuerza pequeñas, motores de potencia menor a 1 HP, no se requieren de protección individual, se puede utilizar un dispositivo de conexión con fusible, tipo "ticino" o similar. En el caso de que un conjunto de motores pequeños sea alimentado por un solo alimentador, este poseerá una protección contra sobrecorriente (PSC), y el tablero de alimentación de este recibirá el nombre de Centro Control de Motores (CCM).

Para el caso de motores de potencia mayor a 1HP hasta 20Hp, es recomendado, que cada motor posea un dispositivo de desconexión y protección individual contra sobrecorriente, tal como un interruptor termomagnético, en el caso del alimentador, también a de poseer su PSC.

Por último, en el caso de motores de potencia mayor a 20HP, o cuando por consideraciones prácticas así lo requiera, se utilizara una instalación independiente para cada motor, desde el tablero de distribución (CCM). En este caso cada alimentador debe poseer en la salida del CCM una PSC y en el motor un dispositivo de desconexión y una protección de sobrecorriente que servirá como respaldo al de sobrecarga.

FIGURA 11Tipos de Circuitos ramales de fuerza para motores

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4.15. SELECCIÓN DEL CONDUCTOR PARA UN CIRCUITO DE FUERZA PARA MOTOR

Para realizar la selección del conductor que se ha de utilizar para alimentar un motor, se deben especificar primeramente el tipo aislante y luego su calibre.

El aislante comúnmente utilizado para los conductores que alimentan motores es generalmente del tipo Termoplástico Resistente a la Humedad y Retardante de la llama (THW), o también el TTU, pero se tipifica que al menos debe ser de este tipo, pudiendo ser de otro aislante más exigente de acuerdo a las condiciones y ambiente de operación del motor.Para efecto de seleccionar el calibre de los conductores para el circuito alimentador y ramal de motores, se ha de seguir los criterios mínimos que el CEN establece en la sección 430 para la selección por capacidad de corriente.

Primeramente el CEN distingue tres posibles formas de diseño por capacidad de corriente: conductor para un solo motor (articulo 430-22), para varios motores (430-24) y para varios motores con otras cargas (430-25).

El conductor para un solo motor según el CEN artículo 430-22, resulta:

"… Los conductores de un circuito ramal que alimenta un solo motor tendrán una capacidad de corriente no menor que el 125% de la corriente nominal a plena carga de motor…"

En esencia la corriente de diseño (Idiseño) del conductor será:

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Para el caso del conductor para varios motores, la sección 430-24 del CEN establece:"… Los conductores que alimentan dos o más motores tendrán una capacidad igual a la suma del valor nominal de la corriente a plena carga de todos los motores, más el 25% del valor de la corriente del motor más grande6 del grupo…"

En forma más compacta, resulta que la corriente de diseño para el conductor es:

(18)

Por otra parte, aunque el CEN en su articulo 430-25, establece la metodología para él calculo de los conductores que alimentan cargas y motores, es opinión de este autor, que no es propicio esto; debido a que cuando motores de considerable potencia arrancan demanda de la alimentación un gran valor de corriente, que pueden afectar los equipos de alumbrado y otras cargas, ya que el transitorio de estas grande corrientes de arranque producen disturbios en el voltaje (fliker).

La selección por caída de tensión, se ha de realizar por los criterios ya estudiado, solo que se ha de utilizar la corriente de diseño (Id se utilizará de ahora en adelante indistintamente de Idiseño, para simplificar las expresiones)que corresponde al caso del motor, y los factores de corrección pertinentes a cada caso.

Es importante mencionar, que en aquellos casos donde la longitud del ramal es muy pequeña, se suele admitir que la caída de tensión es casi nula, pero conviene realizar su verificación.

La selección definitiva del conductor, será el de mayor calibre de entre las dos selecciones hechas, es decir, el caso más desfavorable.

En los alimentadores de circuitos de fuerza, es una práctica muy común, considerar una posible expansión de la carga, por lo que se puede fijar entre un 10 y 20% de reserva de la carga nominal para futuras ampliaciones.

Un punto también muy importante en los alimentadores de motores y Centro Control de Motores son que cuando el número de motores supera tres, se ha de considerar el factor de

6 Por más grande se ha de entender el motor de mayor potencia.

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CAPÍTULO 4: Selección de Elementos

demanda7. En tabla 2, se hace referencia a los factores de demanda para motores, el cual debe aplicarse con muy buen criterio, para estudios poco precisos, pero en aquellos de mayor complejidad se recomienda abiertamente realizar un estudio exhaustivo de la carga.

En el caso de las instalaciones de tipo residencial, el uso del factor de demanda no tiene efecto, ya que el número de motores es bajo.

Cuando se han de instalar equipos de acondicionadores de aire, se han de aplicar los basamentos referidos en la sección 440 del CEN. Por otra parte en el caso de instalaciones residenciales multifamiliares, se ha de aplicar lo establecido en la tabla 430-22a, del CEN, para tipo de servicio de los equipos.

TABLA 2Factores de demanda y simultaneidad

Tipo de Motor

Factor de Demanda

Factor de Simultaneidad8 en %5

Motores10

Motores20

Motores0.5 a 2 KVA 100 80 60 502.5 a 10 KVA

70 80 70 60

10.5 a 30 KVA

80 80 65 50

Más de 30 KVA

80 70 60 55

Gruas y Montacargas

80 40* 40* 20**

*: De 4 a 4 unidades.**: De 2 a 3 unidades

Fuente: Penissi, O. (1986). Canalizaciones Eléctricas Residenciales

4.16. SELECCIÓN DE PROTECCIÓN PARA CIRCUITO DE FUERZA

La selección de los equipos de protección en el caso de las instalaciones de fuerza es sumamente importante, debido a que los equipos de fuerza, ya sean motores u otros, por lo general son de gran valor económico, y requieren de un correcto resguardo, y por otra parte, su diseño debe

7 Factor de Demanda: Es la relación entre la demanda máxima y la carga conectada, por lo general es menor a la unidad (Fd 1)

8 Factor de Simultaneidad: Es la relación inversa del factor de diversidad. El factor de diversidad es la relación entre la sumatoria de mas demandas máximas individuales y la demanda máxima combinada de un sistema.

ser ejecutado con cuidado para garantizar la máxima protección.

En la selección de la protección, para circuitos de motores, es importante acoger la normativa establecida en el CEN en su sección 430c.

En el caso de motores de servicio continuo cuya potencia supere 1HP, se protegerá contra sobrecarga (SC) con un dispositivo separado que sea sensible a la corriente del motor, cuya corriente nominal o de disparo del dispositivo no será menor que los porcentajes de la corriente a plena carga del motor (CEN, 430-32a1): Motor con un factor de servicio marcado menor

a 1.15:

(19)

Motor con un aumento de temperatura no mayor de 40ºC:

(19)

Todos los demás motores:

(20)

Para los motores con un protector térmico que sea parte integral del motor, aprobado para usarse con el motor al cual protege contra sobrecalentamientos peligrosos ocasionados por sobrecargas o fallas de arranque, el CEN en la sección 430-32a2, la corriente de interrupción no será mayor que Motores con una corriente de plena carga no

mayor a 9 Amperes:

(21)

Motores con una corriente de plena carga de 9.1 a 20 Amperes:

(22)

Motores con una corriente de plena carga mayor a 20 Amperes:

(23)

En el CEN sección 430-32c1, se establece que para motores con potencia no mayor a 1HP con arranque automático, la protección contra sobrecarga que sea sensible a la corriente del motor, tendrá una corriente de disparo que no exceda:

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CAPÍTULO 4: Selección de Elementos

Motor con un factor de servicio marcado menor a 1.15:

(23)

Motor con un aumento de temperatura no mayor de 40ºC:

(23)

Todos los demás motores:

(24)

Para la selección de los medios de desconexión, para aquellos circuitos de motores, s e ha de cumplir lo establecido en el articulo 430-110 del CEN, que indica: los medios de desconexión para circuitos de motores de tensión nominal de 600 Voltios o menos, tendrán una capacidad que en amperios no menor del 115% de la de la corriente nominal del motor.

En la selección de la protección contra sobrecorriente de los circuitos ramales de motores, se procederán con lo establecido en la tabla 430-152 del CEN, que indica la capacidad máxima o ajuste de los dispositivos de protección de los circuitos ramales de motor, para esto se ha de conocer: tipo de arranque, letra código, KVA y características de funcionamiento. Se debe dejar claro que el procedimiento anterior es valido para un solo motor, en caso contrario, se aplica lo establecido en el CEN articulo 430-62, que indica que la corriente de diseño de la protección se determina de la suma de la corriente de la protección del motor mayor, más la suma de las corrientes nominales del resto de los motores.

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