normatividad y parámetros eléctricos para la selección de conductores

1.           INTRODUCCIÓN

En todo proyecto para el suministro de energía eléctrica de interiores, está contemplado el dimensionamiento del conductor de acometida, que va desde el medidor de energía, ubicado al exterior de la vivienda o comercio, hasta el tablero general, ubicado dentro del local. Para seleccionarlo se requiere realizar cálculos relacionados con las dimensiones del local, tipos de cargas, formas de trabajo, etc., para ello es necesario recurrir a las normas que reglamentan los factores que serán utilizados en el dimensionamiento.

Es importante señalar, que cada país cuenta con sus respectivas normas, las cuales deberán ser utilizadas para definir los factores y recomendaciones de diseño.

En este capítulo, se definirán algunos conceptos y relaciones de parámetros eléctricos, con el objetivo de dimensionar los conductores para las instalaciones de interiores, que incluye el conductor de acometida y los demás circuitos interiores, teniendo en cuenta la normatividad nacional.

2.        PARÁMETROS ELÉCTRICOS PARA LA SELECCIÓN DE CONDUCTORES

A continuación, definimos los principales parámetros eléctricos que intervienen en la selección de conductores de una instalación eléctrica de interiores:

2.1     POTENCIA INSTALADA (PI)

Se define como Potencia Instalada (PI) o Carga Instalada, a la suma de todas las cargas conectadas en una instalación eléctrica.

Ejemplo:

En una instalación comercial se cuenta con las siguientes cargas instaladas cuyas potencias eléctricas se muestran en la siguiente tabla:

  

Tipos de cargas	Potencia en W
Iluminación	1 200
Tomacorrientes	2 500
Bomba de agua	750
Calefactor	2 500
Sistema de refrigeración	2 000
Potencia Instalada en W	8 950

                Tabla 2.1  Cuadro de cargas de una instalación comercial.

Para este ejemplo, se realiza la sumatoria de todas las cargas instaladas y al valor resultante se le denomina Potencia Instalada de la instalación.

                                               PI = 8 950 W

2.2      MÁXIMA DEMANDA (MD)

Se define como Máxima Demanda (MD), a la mayor carga que utiliza una instalación eléctrica en un período determinado.

2.3      FACTOR DE DEMANDA (fd)

Es la relación que existe entre la Máxima Demanda y la Potencia Instalada.

El Código Nacional de Electricidad (CNE) considera, para el cálculo del cable alimentador, los siguientes factores de demanda:

Parte de la Potencia Instalada	Factor de Demanda (fd)
Primeros 2 000 W o menos	100%
Siguientes 118 000 W	35%
Sobre 120 000 W	25%

    Tabla 2.2  Factores de demanda según CNE Tabla 3-V para instalaciones interiores.

3.     CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE CONDUCTORES EN LAS INSTALACIONES INTERIORES

                        3.1        CARGAS DE ALUMBRADO

La potencia instalada para cargas de alumbrado, está definida por la Tabla 3-IV del Código Nacional de Electricidad, donde hace referencia a los diferentes tipos de locales, una carga unitaria en watts por metro cuadrado, los cuales deberán constituir la carga de alumbrado mínima por cada metro cuadrado de piso. La superficie del piso deberá calcularse en función a las dimensiones exteriores de la edificación, apartamento u otro local considerado. Las cargas unitarias indicadas en la Tabla 3-IV están basadas en condiciones de carga mínima y para un factor de potencia igual a 1. Para unidades de vivienda, la carga unitaria es 25 W/m² para áreas techadas y 5 W/m² para áreas no techadas.

La máxima demanda se determinará aplicando los factores de demanda indicados en la Tabla 3-V del CNE.

Tipo de Local

Carga unitaria W/m2

Auditorios Bancos Barberías, peluquerías y salones de belleza Asociaciones o casinos Locales de depósito y almacenamiento Edificaciones comerciales e industriales Edificaciones para oficinas Escuelas Garajes comerciales Hospitales Hospedajes Hoteles, moteles, incluyendo apartamientos sin cocina (*) Iglesias Unidad(es) de vivienda (*) Restaurantes Tiendas Salas de audiencia En cualquiera de los locales mencionados, con excepción de las viviendas unifamiliares y apartamentos individuales de viviendas multifamiliares, se aplicara lo siguiente: Espacios para almacenamiento Recibos, corredores y roperos Salas de reuniones y auditorios

10 25 25 18 2,5 20 25 25 5 20 13 20 8 25 18 25 18 2,5 5 10

Tabla 2.3 Cargas unitarias de alumbrado general según CNE Tabla 3-IV.

(*) En viviendas unifamiliares, multifamiliares y habitaciones de huéspedes, de hoteles y moteles, todas las salidas de tomacorrientes de 20 A o menores (excepto aquellos para artefactos pequeños en viviendas, indicadas en 3.3.2.2 b) deberán ser considerados como salidas para iluminación general y no se requerirá incluir cargas adicionales para tales salidas.

3.2        SALIDAS DE TOMACORRIENTES EN VIVIENDAS UNIFAMILIARES, MULTIFAMILIARES

Todas las salidas de los tomacorrientes de 20 A o menores deberán ser consideradas como salidas para iluminación general y no se requerirá incluir cargas adicionales par tales salidas.

3.3        CARGAS DE ARTEFACTOS PEQUEÑOS Y DE LAVANDERÍA EN UNIONES DE VIVIENDA

En cada unidad de vivienda, la carga del alimentador debería ser calcula en 1 500 W por cada circuito derivado de dos conductores para artefactos pequeños. Se consideran artefactos pequeños alimentados por tomacorrientes de 10, 15 ó 20 A instalados en cocina, repostería, comedor, sala, lavandería.

3.4        SALIDA PARA UN ARTEFACTO ESPECÍFICO

          

Se considera la corriente nominal del artefacto o carga servida

3.5        ARTEFACTOS DE COCCIÓN EN UNIDADES DE VIVIENDA

La demanda máxima del alimentador para cocina eléctrica de uso doméstico, hornos empotrados, cocinas de mostrador y otros artefactos de cocción de uso doméstico mayores de 2 kW pueden ser calculadas de acuerdo a la tabla del C.N.E.

4.     EJEMPLO DE CÁLCULOS DE CONDUCTORES EN INSTALACIONES DE INTERIORES

A continuación se presentará una aplicación de cálculo para seleccionar los conductores de una instalación de interiores residencial.

        

Área techada (At)	=	120 m²
Área no techada (Ant)	=	80 m²
Longitud del cable de acometida	=	15 m
Temperatura ambiente	=	32 oC

Tipo Carga	Potencia en W
Cocina eléctrica	8 000
Calentador de agua	1 500
Bomba de agua	373
Secador de ropa	3 000
Cargas de artefactos pequeños	1 500

          

  Tabla 2.4 Cuadro de carga de una instalación residencial interior.

CÁLCULO DE LA POTENCIA INSTALADA

Se determinará la potencia instalada de los diferentes circuitos del sistema eléctrico según cuadro de cargas:

 

4.1        CÁLCULO DE LA POTENCIA INSTALADA DEL CIRCUITO DE ALUMBRADO Y TOMACORRIENTES

La potencia instalada del circuito de alumbrado y tomacorrientes que no alimentan cargas de artefactos pequeños (PI₁) se determina según las recomendaciones del CNE, donde considera como cargas unitaria de 25 W/m² para áreas techadas y de 5 W/m² para áreas no techadas.

PI₁ =     At (25 W/m²) + Ant (5 W/m²)

PI₁ =     120 m² (25 W/m²) + 80 m² (5 W/m²)

PI₁ =     3 400 W

4.2        CÁLCULO DE LA POTENCIA INSTALADA DE CARGAS DE ARTEFACTOS PEQUEÑOS (PI₂)

Según el CNE, se considera 1 500 W/circuito. Se considera 1 circuito para esta aplicación.

         PI₂  = 1 500 W

                     a.      Potencia Instalada para la Cocina Eléctrica (Pi₃)

                PI₃ = 8 000 W, con horno

b.     Potencia Instalada para el Calentador de Agua (Pi₄)

                 PI₄ = 1 500 W,  130 lt.

c.      Potencia Instalada para el circuito de Bomba de Agua (Pi₅)

                 PI₅ = 373 W

d.      Potencia Instalada para el Circuito de Secadora de Ropa (Pi₆)

                 PI₆ = 3 000 W

Luego:

PI = PI₁ + PI₂ + PI₃ + PI₄ + PI₅ + PI₆

PI = 3 400 + 1 500 + 8 000 + 1 500 + 373 + 3 000

PI = 17 773 » 18 kW

4.3        CÁLCULO DE LA MÁXIMA DEMANDA

a.      Máxima demanda del circuito de alumbrado (MD₁).

De acuerdo a la Tabla 2, los primeros 2 000 W tendrá un factor de demanda de 1, los restantes, hasta 118 000 W, de 0,35.

MD₁ = 1 (2 000) + 0,35 (1 400)

MD₁ = 2 510 W

b.     Máxima demanda de artefactos pequeños (MD₂).

MD₂ = 1 500 W x 1

MD₂ = 1 500 W

c.     Máxima demanda de la cocina eléctrica (MD₃).

MD₃ = 8 000 W x 0,8

MD₃ = 6 400 W

d.    Máxima demanda del calentador de agua (MD₄).

MD₄ = 1 500 W x 1

MD₄ = 1 500 W

e.     Máxima demanda para el circuito de bomba de agua (MD₅).

MD₅ = 373 W x 1

MD₅ = 373 W

            f.     Máxima demanda para el circuito de la secadora de ropa (MD₆).

MD₆ = 3 000 W x 1

MD₆ = 3 000 W

                Luego:

                MD = MD₁ + MD₂ + MD₃ + MD₄ + MD₅ + MD₆

MD = 2 510 + 1 500 + 6 400 + 1 500 + 373 + 3 000

MD =      15 783 W

4.4        CÁLCULO DEL CONDUCTOR ALIMENTADOR

 

a.    Cálculo por Capacidad de Corriente

In =      MD

         Ö3.U.cosf

In =      15 783

         Ö3 x 220 x 0,9

In = 46 A

Considerando un factor del 25% de reserva

Id = 1,25 x In

   

Id = 1,25 x 46

Id = 57,5 A

Con este valor (Id), vamos a la Tabla 2.5 y elegimos el conductor calibre 4 AWG con aislamiento TW o el conductor calibre 6 AWG si el aislamiento es THW:

·         TW en ducto:     3 x Nº 4 AWG (70 A)

·         THW en ducto:   3 x Nº 6 AWG (65 A)

b.    Cálculo por Caída de Tensión.

S   =       K.r.L.I_d.cos f 

                                        U_P

Donde:

K = 2 para circuitos monofásicos

K = Ö3 para circuitos trifásicos

r = resistividad

L = longitud del alimentador

I_d = corriente de diseño

cos f = factor de potencia

U_P = maxima caída de tensión permitida

S   =  Ö3 x 0,017 8 x 15 x 57,5 x 1

                               0,025 x 220

S   = 4,83 mm²

De acuerdo a la sección nominal de Tabla 2.5, seleccionamos:

·         TW en ducto:                   3 x Nº 10 AWG (30 A)

·         THW en ducto:        3 x Nº 10 AWG (35 A)

De ambos cálculos determinamos el calibre mayor, es decir:

·         TW en ducto:          3 x Nº 4 AWG (70 A)

·         THW en ducto:       3 x Nº 6 AWG (65 A)

4.1        CÁLCULO DEL CONDUCTOR PARA EL CIRCUITO DE ALUMBRADO.

Según el CNE, se debe utilizar como mínimo el conductor Nº 14 AWG – TW para alimentar como mínimo a 16 salidas para iluminación.

4.2        CÁLCULO DEL CONDUCTOR PARA EL CIRCUITO DE TOMACORRIENTES MONOFÁSICOS.

Según el CNE, se debe utilizar el conductor Nº 14 AWG – TW par alimentar como máximo a 16 salidas de tomacorrientes.

4.3        CÁLCULO DEL CONDUCTOR PARA EL CIRCUITO DE LA COCINA ELÉCTRICA.

      In =        P

                                 Ö3.U.cosf

           In =    8 000

               Ö3 x 220 x 1

           In  =  20, 995 A

Id = 1,25 x In

Id = 1,25 x 20,995

Id = 26, 24 A

De acuerdo a la Tabla 2 del CNE-Utilización se obtiene el conductor 3 x Nº 10 AWG – THW en ducto.

4.4        CÁLCULO DEL CONDUCTOR PARA EL CIRCUITO DEL CALENTADOR DE AGUA.

In  =     P

          U.cosf

In  =    1 500

           220 x1

In  =  6,818 A

Id  =  1,25 x In

Id  =  1,25 x 6,818 A

Id  =  8,5 A

De la tabla se obtiene el conductor 2 x Nº 14 AWG – TW en ducto.

4.5        CÁLCULO DEL CONDUCTOR PARA EL CIRCUITO DE LA BOMBA DE AGUA.

In  =           P

           Ö3.U.cosf.h

In  =                373

           Ö3 x 220 x 0,8 x 0,8

In  =  1,529 A

Id  =  1,25 x In

Id  =  1,25 x 1,529 A

Id  =  2 A

Luego:  Þ      corresponde al conductor 3 x Nº 20 AWG – TW

Pero según el CNE, el calibre mínimo para circuitos de motores eléctricos es el Nº 14 AWG – THW en ducto.

4.6        CÁLCULO DEL CONDUCTOR PARA EL CIRCUITO DE LA SECADORA DE ROPA.

In  =       P

           U.cosf

In  =      1 500

           220 x 1

In  =  6,818 A

Id  =  1,25 x In

Id  =  1,25 x 6,818

Id  =  8,523 A

De acuerdo a la tabla se obtiene 2 x Nº 14 AWG – THW