Instalaciones Electricas

PROYECTO DE INSTALACIONES

ELCTRICAS INDUSTRIALES

Proyecto de Instalaciones Elctricas Industriales

Las instalaciones elctricas industriales bsicamente consisten de elementos para alimentar, controlar y proteger dos tipos de carga: alumbrado y fuerza. Los criterios generales que se utilizan para instalaciones elctricas residenciales son aplicables, pero se debe tener en cuenta las caractersticas particulares de cada tipo de instalacin.


Aspectos a tener en cuenta en el proyecto de instalaciones elctricas industriales:

1.- Suministro de energa elctrica.

a) Determinacin de la Demanda Mxima, tipo y caractersticas de la demanda, cargas elctricas.

b) Voltaje y frecuencia.c) Tipo de carga y exigencias de

regulacin.


2.- Proyecto de Instalaciones Elctricas:a) Proyecto Arquitectnico de la Planta,

ubicacin de cargas y tableros.b) Clculo de alimentadores principales y

derivados: alumbrado y fuerza.c) Clculo de tableros.d) Control y proteccin de motores: Centros

de Control de motores (CCM), tipos de arranques y proteccin de motores.

3.- Consideraciones econmicas:a) Eficiencia de la planta: factor de potencia.b) Costo de la energa: tarifas.


DOTACIN DE SUMINISTROPor lo general, en las zonas electrificadas, el concesionario de distribucin establece las condiciones de suministro en funcin de la demanda. El nivel de tensin y forma de medicin es funcin de la potencia a contratar.Demanda Mxima Valores referenciales:Industria Demanda tpica Tensin de alimentacinPequea industria DM 50 kW B.T. : 220, 380/220 440 V Mediana industria 50 kW DM 2 500 kW M.T.: 10, 13,2, 22,9 kVGran industria DM 2 500 kW A.T. : 60, 138, 220 kV


En baja tensin, los alimentadores se conectan directamente a la red del concesionario de una salida de una subestacin de distribucin, en todo caso el punto de alimentacin lo seala el concesionario.

En media y alta tensin, el punto de alimentacin tambin es fijado por el concesionario (para el caso de clientes libres con DM 1 000 kW, el suministrador puede ser un generador), pero en este caso se requiere construir una subestacin para reducir la tensin a niveles de utilizacin: 220 V para alumbrado y para circuitos de fuerza ( 220, 440V, etc,).


Densidad de carga de algunas industrias (referencial)

Tipo de industria Densidad de carga (W/m) Industria azucarera 160Canteras 125Fbricas textiles 110Fbrica de aparatos elctricos 90 Taller de mantenimiento mecnico y de mquinas herramientas 65Fbrica de lmparas elctricas 45Fbrica de pequeas partes metlicas 30


CLCULO DE LA DEMANDA MXIMA

DM = PI x F.S.

DM : Demanda mxima en kW.PI : Potencia instalada en kW.F.S.: Factor de simultaneidad.


Equipos industriales Factor de simultaneidadMquinas herramientas, elevadores y gras 0,30Ventiladores, compresoras y bombas 0,30-0,60Procesos semicontinuos, canteras y refineras 0,60Procesos continuos, industria textiL 0,90Hornos elctricos de induccin 0,80Hornos de arco 1,0Instalaciones de alumbrado (iluminacin) 1,0Soldaduras de arco 0,30Soldaduras de resistencia 0,20

Los valores de factor de simultaneidad que se indican son referenciales, en general la demanda mxima carga por carga, se estiman en base a datos estadsticos que se obtienen de instalaciones anlogas.


SELECCIN DE TENSIN

Los sistemas de alumbrado en nuestro pas estn normalizados para una tensin de 220V.

Para los circuitos de fuerza, que comprenden principalmente mquinas elctricas (motores), el nivel de tensin es recomendado est definido por los fabricantes.


Tensiones recomendables para motores elctricosPotencia motor (HP) Tensin (V)

Menos de 75 22075 - 250 440

250 - 1 000 2 3001 000 - 4 000 4 160Ms de 4 000 13 200

Cuando el nivel de tensin de los circuitos de fuerza es diferente a los de los circuitos de alumbrado, se requiere construir subestaciones equipadas con transformadores de potencia con los niveles de tensin adecuadas en las salidas para cada uno de estos circuitos.


REGULACIN DE TENSIN

Las industrias de procesos continuos tales como textiles, embotelladoras etc, requieren que la tensin tenga variaciones mnimas ya, que estos procesos productivos se basan en el uso de motores elctricos cuya operatividad son sincronizados en cada etapa de la fabricacin. Por ejemplo, una disminucin de la tensin puede sobrecargar al motor a un conjunto de motores; para evitar que se quemen actan los dispositivos de proteccin sacndolos de servicio, lo que puede afectar parcial o totalmente la planta con prdidas econmicas onerosas.


La tensin se regula de dos formas ( en dos etapas):

A nivel del sistema elctrico que suministra energa a la planta, los suministradores estn obligados a entregar la energa elctrica bajo exigencias tcnicas establecidos en los contratos de suministro, entre ellas los niveles entre los cuales puede como mximo variar la energa (la forma de controlar estos parmetros de variacin estn establecidos en la NTCSE).

Cuando se requiere regulacin ms fina por exigencia de funcionamiento de los equipos, es necesario instalar reguladores de tensin en la planta misma (caso de las computadoras por ejemplo).


REGULACIN DE FRECUENCIA

La velocidad de los motores es funcin tambin de la frecuencia, cualquier variacin de sta afectar la operacin de aquellos.

En el caso de la frecuencia, la obligacin de regularla es de los concesionarios de generacin, ya que esta depende de la velocidad de los grupos. Existen lmites para la variacin que deben establecerse en los contratos de suministro, al igual que la tensin la NTCSE establece los controles y tolerancias permitidas para este parmetro.


EL PROYECTO ARQUITECTNICO

El rea ocupada por la planta y la distribucin de la misma depende del tipo de produccin y la capacidad de produccin de la misma.

La distribucin interna de la planta deber efectuarse en funcin del ordenamiento que debe existir en cada uno de los elementos que intervienen en la produccin, de tal forma que permita un ptimo desarrollo de las actividades en la planta.

As, se deber disponer de la ubicacin de las reas de maquinarias, rea de almacn, rea de oficinas, rea de servicios, etc,

Tambin se deber prever reas para la libre circulacin de materiales y productos seleccionando equipos de acarreo que eviten posibles cuellos de botella en el proceso productivo. En plantas modernas, se utilizan sistemas de acarreo mecanizados y computarizados.


Al igual que en los proyectos de instalaciones de una vivienda, se requiere un conjunto de planos para desarrollar nuestro proyecto de instalaciones elctricas:

Plano de ubicacin. Plano o planos de plantas o niveles, con la distribucin

de las distintas reas de la planta incluyendo dimensiones.

Plano de cortes y detalles. Plano de elevaciones.

El proyecto debe ser concordado con otros proyectos complementarios: distribucin de gas, agua y desague, etc.


UBICACIN DE CARGAS Y TABLEROS

Una vez conocida, la distribucin de la planta, se procede a ubicar las cargas y tableros, estos deben ubicarse cerca de las cargas ms grandes en el centro de gravedad de las mayores cargas (centro de cargas).

Los tableros que se deben disear son los siguientes:

Tablero general o tablero principal. Tablero ( tableros) de fuerza. Tablero de alumbrado.


Clculo de la potencia instaladaa) Circuito de fuerza

Se suma la potencia instalada de cada una de la mquinas y equipos de la planta

PIT = PIi

Ejemplo: En la seccin de talleres de una fbrica se tiene los siguientes equipos:Descripcin Cos oPotencia (kW) Aire acondicionado 0,75 7,80Torno 0,75 3,60Esmeril 0,73 0,90Sierra 0,75 1,80Afiladora de cuchillas 0,75 3,60Soldadura elctrica 0,75 2,70-------------PI = 20,40 kW


b) Alumbrado y tomacorrientes

La tabla 14 del CNE-Utilizacin establece que para una carga de tipo industrial, se debe considerar una carga bsica de 25 W/m2 del rea techada.Esta carga bsica comprende los circuitos de alumbrado y de tomacorrientes para equipos diversos como por ejemplo equipos porttiles de pruebas, y en las oficinas: ventiladores, microcomputadoras, equipos de sonido, etc.

El Factor de Demanda Mxima es 100%


CLCULO DE ALIMENTADORES

a) Circuito de fuerza (Motores)

La capacidad de los conductores se calculan de la siguiente manera:

Para un slo motor, la capacidad de conduccin de corriente de los conductores deben ser al menos 125% de la corriente a plena carga del motor

Ic = 1,25 Ipc


Cuando se alimenta ms de un motor, la capacidad de corriente del conductor es la suma de 1,25 veces la corriente a plena carga del motor mayor ms la suma de las corrientes a plena carga del resto de motores

Ic = 1,25 Impc + IpcIc : Corriente en los conductores en amp.Impc : Corriente a plena carga del motor de mayor

potencia en amp.Ipc : Corriente a plena carga de cada motor en amp.

La mxima cada de tensin permitida entre el tablero de medicin ( subestacin) y el punto ms alejado no debe exceder del 4% de la tensin nominal. Es vlido tambin para circuitos de alumbrado y tomacorrientes.


b) Circuitos de alumbrado y tomacorrientes

Para alumbrado interior de oficinas se calcula en forma similar a una vivienda. En el caso de clculo del alumbrado exterior, se determina la potencia de cada lmpara (estas iluminan reas mayores y por lo tanto son de mayor potencia), y luego la potencia total; a partir de esta potencia se determina la corriente y por ende la capacidad de corriente del conductor.

Al elegir el conductor se debe tener en cuenta el tipo de instalacin. En ambos casos la cada de tensin hasta el punto ms alejado no debe exceder el 4% de la tensin nominal.


TABLEROSLos tableros elctricos son combinaciones de uno o ms dispositivos de maniobra asociados con equipos de control, medida, proteccin y regulacin completamente ensamblados, es decir con todas sus interconexiones elctricas y mecnicas terminadas, as como sus partes estructurales.Los tableros elctricos tienen la funcin de recibir la energa elctrica en forma concentrada y distribuirla por medio de conductores elctricos (por lo general barras), a las cargas de los circuitos derivados.


TABLEROSUbicacin de tablerosLos factores que intervienen principalmente en la localizacin de los tableros son:a) Se debe procurar una ubicacin central para

reducir la cada de tensin en los circuitos derivados.

b) La distancias al tablero principal para limitar la cada de tensin a un mximo de 4% desde este tablero principal hasta los puntos de utilizacin de los circuitos derivados.

c) El punto de conexin ( puntos de alimentacin) otorgado por el concesionario de acuerdo a la red de alimentacin externa.


Criterios para el diseo de tableros

a) Determinacin del tipo de tablero. Existen de 2 tipos:- De pared: que se instalan empotrados en la pared y

tienen acceso frontal.- De piso: diseados para montarse sobre el piso,

retirados de las paredes de tal manera que son accesibles por el frente y por la parte posterior.

b) Clculos Elctricos:- Clculo de barras.- Clculo de fusibles de proteccin interruptores de los

circuitos principal y derivados.- Clculo de los transformadores de medida para

equipos de medicin.


Criterios para el diseo de tableros

Para el clculo elctrico de tableros se requiere conocer:

- La tensin nominal de alimentacin.- La corriente ( potencia) del circuito de

entrada y de cada uno de los circuitos derivados.

- Potencia de cortocircuito en el punto de conexin (dato proporcionado por el concesionario), para calcular barras e interruptores.

- Las condiciones de la instalacin (temperatura, humedad, etc).

Protecciones elctricasIntroduccinEfectuar una instalacin elctrica es una actividad de alta responsabilidad. La electricidad es innegablemente un factor que contribuye al desarrollo de la nacin y un elemento facilitador de la vida de las personas, pero al mismo tiempo, puede ser causa de accidentes e incluso la muerte si no se respetan los procedimientos para su manejo eficiente.

Por tal razn, es de gran importancia el conocimiento que los profesionales elctricos tengan sobre el correcto dimensionamiento y utilizacin de las protecciones elctricas, para la seguridad de las personas y los bienes a los que servir una instalacin determinada.

Perturbacin anormalidad de breve

duracin, que no constituye riesgopara la instalacin o las personas

Fallaanormalidad grave, queconstituye riesgo para la

instalacin o las personas

FuncionamientoAnormal

sobrecargasFallas: cortocircuitos

fallas de aislacin

Caractersticas operativasde una instalacin elctrica

Protecciones elctricasCaractersticas operativas de una instalacin elctricaEstado de operacin normal:Es el estado de funcionamiento de una instalacin en el cual los

parmetros del circuito (V, P, I, f, temperatura de los conductores, etc), se encuentran dentro de mrgenes previstos.

Estado de operacin anormal:Cuando uno o ms parmetros de la instalacin elctrica exceden

o se salen de los condiciones previstas; pueden ser:a) Perturbaciones: Son anormalidades de corta duracin que por

lo general no constituyen riesgos para la operacin de la instalacin. Por ejemplo variaciones momentneas de voltaje o frecuencia o las sobrecargas de corta duracin; pasada la perturbacin la instalacin vuelve a operar en condicin normal.

b) Fallas: Son anormalidades en las cuales se pone en peligro la instalacin elctrica, los bienes materiales y la vida de las personas. Debido a la gravedad de esta condicin anormal, el sistema elctrico no puede continuar operando.

Protecciones elctricasTipos de fallasa) Sobrecarga: Se produce cuando la magnitud del voltaje o la

corriente supera el valor previsto como normal para la instalacin (llamado valor nominal). Las sobrecargas de corriente ms comunes se originan en el exceso de consumo de la instalacin produciendo calentamiento en los conductores lo que puede daar su aislamiento provocando su inflamacin; varan en rangos entre 1,5 y 10 In.

b) Cortocircuito: Es la falla de mayor gravedad para la instalacin. En los cortocircuitos los niveles de corriente alcanzan valores tan altos que los conductores elctricos se funden en los puntos de falla, produciendo calor, chispas e incluso flamas generando un alto riesgo de incendio. Los rangos de corriente son mayores a 10 In. Los cortocircuitos pueden originarse por fallas de aislamiento debido al envejecimiento o uniones mal aisladas; en algunos casos una falla de aislamiento de un conductor que alimenta un equipo, provoca que la carcaza metlica de este equipo se energice con el consiguiente peligro para la vida de las personas.

SOBRECARGAIntensidad de corriente por el conductor

Llave de proteccin

Se produce cuando hay demasiadas

cargas conectadas en

un mismo circuito

CORTOCIRCUITOIntensidad de corriente por el conductor

Llave de proteccin

Se produce ante una falla de conexin

que une las dos fases

Protecciones elctricasProtecciones contra sobrecargas y cortocircuitos

FusiblesLos fusibles son aparatos de proteccin de las instalaciones o sus componentes, diseados para interrumpir la corriente por la fusin de uno de los elementos integrantes, cuando los valores de corriente en el punto protegido exceden de cierto valor establecido durante un tiempo prefijado.Los fusibles estn compuestos por un hilo conductor de bajo punto de fusin, el que se sustenta entre dos cuerpos conductores, en el interior de un envase cermico o de vidrio, que le da su forma caracterstica al fusible. Este hilo conductor permite el paso de la corriente por el circuito mientras los valores de esta se mantengan entre los lmites aceptables, si estos lmites son excedidos, el hilo se funde despejando la falla y protegiendo as la instalacin.

Protecciones elctricasCurva caracterstica de los fusibles

Tiempo

Seg

Corriente

Amp

Zona 1

Zona 2

Zona 310 seg

Protecciones elctricasFusiblesZona 1: Es la zona de condiciones normales de operacin. La proteccin del fusible no acta porque la intensidad de corriente de operacin es menor a la corriente nominal del fusible.

Zona 2: zona bajo condiciones anormales de operacin, en situacin de sobrecarga. La proteccin del fusible acta en tiempos superiores a los 10 segundos dando la posibilidad que la sobrecarga desaparezca antes de este tiempo y el sistema contine operativo.

Zona 3: zona en condiciones anormales de operacin, en condicin de cortocircuito. La proteccin fusible acta en tiempos inferiores a 10 segundos, pudiendo llegar a tiempos de operacin de milsimos de segundo, segn la magnitud de la falla. Si el aumento de la intensidad de corriente es muy violento, el fusible se funde casi instantneamente.

Protecciones elctricasFusibles

Intensidad mnima (Imn ): corriente mnima de operacin que origina la fusin del hilo fusible. Este valor puede variar entre 1,6 a 4In, segn el tipo de fusible.Tiempo de operacin (top ): tiempo en que el hilo fusible se funde.Intensidad nominal (Inom ): corriente nominal del fusible.Los fusibles se caracterizan en su operacin por:-Alta seguridad de proteccin.-Prdidas reducidas.-Bajo costo de mantenimiento y operacin.-Gran capacidad de ruptura.

Sin embargo tambin tienen desventajas ya que pueden ser alterables (p.e. puede intercambiarse un fusible de 10 por otro de 20 A), y dada su alta corriente mnima de operacin (fusin), su uso es recomendable slo para cortocircuitos.

Protecciones elctricas

Interruptores termomagnticos

Son dispositivos que se utilizan para conectar o desconectar un circuito elctrico en condiciones normales o anormales de operacin (sobrecargas o cortocircuitos). Se caracterizan porque pueden realizar un elevado nmero de maniobras, lo que permite su utilizacin despus de una falla (reposicin), sin cambiar su capacidad nominal a diferencia de un fusible que sirve slo una vez.

Tiene 2 componentes: el elemento trmico, formado por un bimetlico para sobrecargas y el elemento magntico formado por una bobina para cortocircuitos.


Interruptores termomagnticos

Los interruptores termomagnticos se usan en tableros elctricos adecuados como interruptores generales y como proteccin de los circuitos derivados. Garantizan la proteccin ptima contra sobrecargas y cortocircuitos, desconectando el circuito en forma automtica.Satisfacen las exigencias de proteccin elctrica en instalaciones residenciales, comerciales e industriales. Sus caractersticas principales son la corriente nominal (Inom) en amperios, la tensin nominal (Vnom) en voltios, su poder de ruptura en kA y el nmero de polos (1P, 2P, 3Py 4P).

Protecciones elctricasInterruptores termomagnticosEl elemento trmicoLa proteccin trmica esta constituida por un bimetal formado por 2 metales con constantes de dilatacin diferentes, al estar unidos, uno de los metales se alarga en menor proporcin que el otro. La curvatura que se origina en el bimetal es regulada para que sea proporcional a la corriente que circula a travs del circuito.Cuando la corriente supera el valor permitido, la curvatura llega a un punto extremo que hace actuar un mecanismo de desenganche, liberando el disparo (desconexin) del interruptor liberando la sobrecarga. La proteccin trmica acta especficamente para sobrecargas, pues el calentamiento del bimetal es equivalente al calentamiento de los conductores; esta proteccin no es instantnea sino que demora un tiempo definido como tiempo retardado.

Protecciones elctricasInterruptores termomagnticosEl elemento magnticoEsta parte de la proteccin est formada por una bobina, que al ser recorrido por una corriente genera una accin magntica. Esta bobina est conectada en serie con el circuito que protege. Cuando la coriente alcanza un valor alto (dos o ms veces la In) el magnetismo generado atrae un contacto mvil que activa la desconexin del interruptor; esto ocure en un tiempo muy breve (casi instantneo). Por su rapidez de disparo (desconexin), la proteccin magntica se usa para despejar fallas producidas por cortocircuitos

El valor de corriente que activa el disparo se define como Imag y su valor respecto a la corriente nominal (In) depende del tipo de curva del interruptor.

Protecciones elctricasCurva caracterstica de los Interruptores termomagnticos

Tiempo

Seg

Corriente

Amp

Zona 1

Zona 2

Zona 3

In Imag

Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos

Zona 1: Situacin de operacin normal del circuito. La instalacin absorve la corriente sin que la proteccin acte.Zona 2: Situacin de operacin anormal del circuito, zona de sobrecarga. Si la corriente es mayor que la corriente nominal del interruptor, la proteccin actuar desconectando el circuito; as, mientras mayor sea la corriente de soberecarga, la proteccin actuar en menor tiempo.Zona 3: Situacin de operacin anormal del circuito, zona de cortocircuito. Cuando la corriente que circula por el circuito es mayor que Imag, la proteccin actuar desconectando el circuito casi instantneamente.

Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos de Curvas caractersticas tipo B, C y DLos interruptores termomagnticos se fabrican de diferentes curvas caractersticas, definidos en funcin de los valores mnimos de sobrecorriente (cortocircuito) en la bobina del elemento magntico.As se define:Im1: Minmo valor de sobrecorriente que puede hacer intervenir la bobina para el disparo electromagnetico.Im2: Mnimo valor de sobrecorriente que hace intervenir certeramente la bobina para el disparo electromagnetico.Tipo de curva Im1 Im2B 3In 5InC 5In 10InD 10In 20In


Caracterstica B

Protecciones elctricasCaracterstica C

Protecciones elctricasCaracterstica D

Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos de Curvas caractersticas

tipo B, C y D

Tipo de curva Uso tpicoB Proteccin trmica y magntica de generadores y conductores de grandes longitudes.

C Proteccin trmica y magntica de conductores e instalaciones que alimentan equipo de uso general.

D Proteccin trmica y magntica de conductores que alimentan equipo de con alta demanda de corriente de arranque.

PROTECCION DEL CONDUCTOR DE LA INSTALACIN

Proteccin contra:

Cortocircuitos

Sobrecargas

Aparatos para la proteccin del conductor

Protecciones Protecciones termomagnticastermomagnticas

Llaves de Llaves de fusiblesfusibles

TIPOS DE INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS

ACCESORIOS DE INSTALACION Peines de alimentacin

Peines alimentadores:unipolares, bipolares y tripolares.

Bornes de acometida.

Accesorios de peines:cubiertas,tapas

SISTEMA RIEL DIN:Ejemplo de conexin mediante el peine alimentador

ALI

MEN

TA

CIO

NA

LIM

ENT

AC

ION

RR

SSTT

RR S S TT RR SS TT RR SS TT

Ejemplo de conexin mediante el peine alimentador(Sistema unipolar)

ALI

MEN

TA

CIO

NA

LIM

ENT

AC

ION

RR

SSTT

RR S S TT RR SS TT RR

NNBarra de neutro

A los circuitos derivados

A los circuitos derivados

SISTEMA RIEL DIN:Ejemplo de tablero Distribucin Board

RR S S TT RR SS TT RR SS TTR R S S TT

ALIMENTACIONALIMENTACION La llave caja moldeada alimenta al peine mediante

bornes de acometida

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