Diseño de la instalacion electrica de un edificio

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

ZONA POZA RICA-TUXPAN

“DISEÑO DE LA INSTALACION

ELECTRICA DEL EDIFICIO DEL S.N.T.E.

SECCION 32 EN POZA RICA VER.”

T E S I N A

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA

PRESENTAN:

GREGORIO AGUIRRE CASTRO

ERIC GARCIA CASTILLO

DIRECTOR DE TESINA:

ING. JUSTINO BAUTISTA ESPINOSA

POZA RICA VER. NOVIEMBRE DEL 2003

INDICE

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1

CAPITULO I

1.1 JUSTIFICACION ..................................................................................................... 2

1.2 NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO ................................... 3

1.3 ENUNCIACION DEL TEMA ................................................................................. 4

1.4 EXPLICACION DE LA ESTRUCTURA DE TRABAJO ...................................... 5

CAPITULO II

2.1 PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN ................................ 6

2.2 MARCO CONTEXTUAL ......................................................................................... 7

2.3 BASES DE DISEÑO ................................................................................................. 9

2.3.1 Arreglo del Sistema ........................................................................................ 16

2.3.2 Acometida ...................................................................................................... 25

2.3.3 Diagrama Unifilar y Cuadro de Cargas ......................................................... 34

2.4 ALUMBRADO ......................................................................................................... 38

2.4.1 Sistema de Alumbrado Interior ...................................................................... 47

2.4.2 Fuentes de Iluminación .................................................................................. 48

2.4.3 Métodos de Calculo ....................................................................................... 67

2.4.4 Ejemplo de Calculo ........................................................................................ 76

2.5 SISTEMA DE FUERZA .......................................................................................... 82

2.5.1 Aire Acondicionado ....................................................................................... 83

2.5.2 Sistema de Bombeo ........................................................................................ 84

2.6 ANALISIS DE CARGA Y SUBESTACION .......................................................... 90

2.6.1 Selección de Alimentadores Principales ........................................................ 98

2.6.2 Selección de Alimentadores a motores .......................................................... 108

2.6.3 Selección de alimentadores a Tableros de Alumbrado ................................. 110

2.7 ANALISIS DE CORTO CIRCUITO Y SELECCIÓN DE PROTECCIONES ....... 119

2.7.1 Procedimientos de Calculo ............................................................................ 122

2.7.2 Diagrama de Impedancia ............................................................................... 123

2.7.3 Capacidades de Corto Circuito ...................................................................... 126

2.7.4 Selección de Dispositivos de Protección ...................................................... 133

2.8 ANALISIS DE COSTOS ......................................................................................... 135

2.8.1 Materiales...................................................................................................... 136

2.8.2 Mano de Obra................................................................................................ 138

2.8.3 Costo Total.................................................................................................... 139

2.9 ANALISIS CRITICO DE LOS DIFERENTES ENFOQUES.................................. 142

CAPITULO III

CONCLUSIONES............................................................................................................ 143

BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................. 144

1

INTRODUCCIÓN

En México como en todos los países, los edificios de oficinas se construyen tratando de

brindar el mayor confort posible, para las personas que en él laboren, para que de esta forma su

desempeño sea mas eficiente, y así lograr una mayor productividad.

En esta tesina se abarcara el tema del diseño del sistema eléctrico del Edificio del

Sindicato Nacional de Trabajadores de la Educación sección 32 en Poza Rica, ver.,cuya

finalidad, es obtener calidad, confort, eficiencia y economía en todos los servicios de energía

eléctrica.

El desarrollo de este trabajo estará regido por las bases de diseño, las cuales especifican

principalmente que los materiales y equipo a utilizar sean de primera calidad con un sin

numero de normas para la elaboración de dicho diseño que certificara la comisión federal de

electricidad ( CFE).

2

1.1 JUSTIFICACIÓN

Uno de los factores mas importantes dentro del desempeño laboral, es la comodidad a la

hora de estar desempeñando alguna función por lo cual es importante el diseño adecuado para

cada área laboral, ya que cada una requiere un análisis diferente.

Los espacios en los que se va a trabajar deben contar con la adecuada instalación

eléctrica, para así evitar daños en los equipos y personal que ahí laboren.

De esta manera se podrá brindar a los socios del Sindicato nacional de trabajadores de

la educación y al publico en general, un edificio, que proporcione en forma equilibrada el

confort de las instalaciones con que este cuenta.

3

1.2 NATURALEZA, SENTIDO, Y ALCANCE DEL TRABAJO

Una vez concluida la obra civil es importante que el edificio cuente con una adecuada

iluminación, así como el sistema de fuerza ( equipos de bombeo, equipos de aire

acondicionado), satisfaciendo de esta manera las necesidades de energía eléctrica requeridas;

esto puede alcanzarse haciendo un estudio un estudio de calculo basándose en un análisis de

requerimientos que demande el edificio y así lograr un diseño eléctrico que permita dar un

servicio de calidad.

Para lograr que el sistema eléctrico del edificio cuente con características apropiadas

para el mejor funcionamiento del mismo, es necesario que la compañía encargada de llevar a

cabo la realización del proyecto se rija con las normas, especificaciones y criterios

mencionados en este trabajo.

Por otra parte, para garantizar la vida útil del sistema eléctrico es necesario adquirir los

materiales bajo el cumplimiento de las mas rigurosas especificaciones técnicas posibles.

Las actividades anteriores exigen labores de investigación en el campo y en el gabinete,

por tanto la naturaleza del trabajo será del tipo mixto; en tanto que el alcance comprenderá el

desarrollo total de las actividades inherentes al proyecto en sus etapas de diseño y construcción.

4

1.3 ENUNCIACIÓN DEL TEMA

En este trabajo se abordan aspectos económicos, sociales y técnicos ya que todo esto en

conjunto facilitara la elaboración del proyecto designado Diseño de la Instalación Eléctrica de

las Oficinas del Sindicato de Trabajadores de la Educación en poza Rica Ver.

Hoy en día los edificios en México cuentan con un sin fin de tecnología dirigida a la

comodidad de las personas que ahí se encuentren, en el edificio del SNTE sección 32, se cuenta

con un grupo de oficinas distribuidas en dos niveles y un salón de usos múltiples, todos ellos

equipados con los servicios necesarios para brindar un optimo servicio y con calidad.

Los equipos eléctricos y mecánicos con que cuenta el edificio se seleccionaron en base

a un estudio previo, así como a normas y estándares vigentes en México.

5

1.4 EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE TRABAJO

Para llevar a cabo el diseño de la instalación eléctrica del edificio del SNTE sección 32

se requiere elaborar principalmente un análisis de todas las cargas a conectar y futuras, para

calcular la capacidad adecuada de la subestación. Y así poder satisfacer las necesidades de

corriente del inmueble.

En el capitulo I se aborda la justificación del proyecto presentando una breve

explicación del porque surge la necesidad de la construcción del edificio del SNTE sección 32,

en el estado de Veracruz; Posteriormente en la naturaleza sentido y alcance del trabajo explica

los beneficios que se obtendrán con la construcción del edificio del SNTE sección 32 en poza

rica Ver; también se hace mención que para lograr un sistema eléctrico de calidad, la compañía

encargada del proyecto siga al pie de la letra las normas, las especificaciones y criterios

mencionados ,así como la adecuada adquisición delos materiales. En la enunciación del tema se

da a conocer la infraestructura con que contaran las instalaciones del edificio del SNTE sección

32 y también se menciona el tema para el cual estará enfocado la elaboración de este trabajo.

En el capitulo II se da a conocer el planteamiento del tema de la investigación; que tiene

como propósito proporcionar la información técnica de manera clara y precisa que permita

llevar a cabo el desarrollo del sistema eléctrico del edificio del SNTE sección 32 por otra parte

el marco contextual detallar la ubicación exacta en donde se encuentra el edificio, gracias a la

investigación y al trabajo de campo en el marco teórico se logro recopilar la suficiente

información para dar a conocer de manera clara los criterio en que se basa el diseño y los

cálculos correspondientes para la elaboración del mismo, y por ultimo en el análisis critico de

los diferentes enfoques se hace mención de los diferentes puntos de vista que los autores

adaptan para desarrollar un tema especifico.

El capitulo III esta constituido por conclusiones, bibliografía. Las conclusiones

presentan soluciones y sugerencias para el desarrollo del sistema eléctrico del edificio del

SNTE sección 32; en la bibliografía se enlistara todo el apoyo didáctico consultado para el

desarrollo de este trabajo.

No se incluye todo el diseño por lo extenso y repetitivo que esto representaría, sin

embargo fueron seleccionados los cálculos que se consideran más ilustrativos.

6

2.1 PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE INVESTIGACIÓN

Es de gran importancia que el edificio cuente con un sistema eléctrico de calidad para lo

cual se requiere de un sistema de alumbrado debidamente diseñado donde la distribución de

todos los centros de cargas así como la correcta colocación de las tomas de corriente que se

necesiten para brindar el servicio. Por otra parte cabe mencionar la importancia de contar con

mano de obra calificada y así asegurar la adecuada instalación de todos los materiales y

equipos, para reducir en lo posible él numero de fallas e interrupciones en el servicio de energía

eléctrica que pudiera presentarse por mano de obra defectuosa y/o por materiales de baja

calidad.

Para que un sistema eléctrico reúna las características de calidad, el desarrollo del

mismo deberá estar lo mas apegado posible a las normas, especificaciones que para los efectos

existen así como realizar la adquisición de materiales y equipos bajo las más estrictas

especificaciones técnicas.

El propósito especifico de este trabajo es proporcionar la información básica y necesaria

que permita entender de manera practica el diseño sistema eléctrico del edificio del SNTE

sección 32, ubicado en Poza Rica, Ver.

7

2.2 MARCO CONTEXTUAL

El edificio del SNTE sección 32 se encuentra ubicado al norte del estado de Veracruz,

en la ciudad de Poza Pica, Ver.

El edificio contara con las siguientes instalaciones:

1. Un edificio de dos niveles en el cual se encuentran distribuidas las oficinas

administrativas

2. Un edificio de usos múltiples el cual cuenta con área de recepción, cocina y

vestidores, y aire acondicionado de paquete.

3. También cuenta con dos estacionamientos.

Todas las áreas del edificio contaran con equipo que brindara confort y seguridad a los

usuarios.

En el dibujo siguiente se presenta un esquema de localización del lugar donde se

encuentran localizadas las oficinas del SNTE sección 32.

8



Diseño de la instalación eléctrica del edificio del S.N.T.E. sección 32 en

Poza Rica ver.

Ubicación Geográfica

Elaborado por:

Eric García castillo

Gregorio Aguirre castro

Poza Rica Ver. Fecha: 20/11/03 Dibujo No. S / N

9

2.3 BASES DE DISEÑO

Las bases de diseño son el documento oficial donde se establecen las características

técnicas que habrán de cumplirse para el desarrollo del trabajo; normalmente lo elabora el

ingeniero o compañía responsable del proyecto mancomunadamente con el propietario de

las instalaciones.

A continuación se relacionan algunos de los conceptos más relevantes que conformaran

las bases del diseño eléctrico para el presente caso.

Objetivo

Estas especificaciones cubren la ingeniería de diseño para los sistemas de fuerza,

alumbrado, subestación, materiales y equipo que se habrán de utilizar para construir la

instalación del sistema eléctrico del edificio del sindicato nacional de trabajadores de la

educación sección 32, en Poza Rica, Veracruz.

Códigos y Estándares

El diseño, instalación, equipo y materiales se habrán de seleccionar de acuerdo a los

requerimientos aplicables de las ultimas ediciones de las siguientes normas códigos y

reglamentos.

a) SE- NOM – 001

b) Comité Consultivo Nacional de Normas de la Industria Eléctrica ( CCONNIE)

c) National Electrical Code ( NEC)

d) National Electrical Safety Code ( NESC)

e) National Electrical Manufactures Association (NEMA)

f) American National Standard Institute (ANSI)

g) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

10

Materiales

Todo el material y equipo que se utilice en el proyecto deberá ser nuevo, de alta calidad

deberá cumplir en su elaboración con los códigos y estándares anteriormente indicados.

Se normaran los siguientes conceptos:

a) Si en la especificación de material o equipo se indica nombre de fabricante y

numero de catalogo deberá respetarse, excepto cuando se indique o “similar” en

cuyo caso el material o equipo deberá cumplir con sus especificaciones particulares.

b) Deberá procurarse que todos los equipos de control en cada nivel de voltaje posean

elementos o refacciones intercambiables.

c) Todos los materiales y equipos deberán ser adecuados para instalarse en el clima o

medio ambiente y altura sobre el nivel del mar indicadas en sus respectivas

especificaciones

Planos

Los planos se elaboraran de acuerdo a estas especificaciones y a la información

proporcionada por los proveedores y la obtenida en el campo, etc., estos dibujos se

detallaran lo necesario para ser usados conjuntamente con especificaciones y dibujos de

fabricación para la ejecución completa y correcta del trabajo.

La representación de luminarias, contactos, rutas de conduit, en los planos y dibujos,

etc., es esquemática y por lo tanto no es exacta su localización, a menos que se acoten o se

indiquen coordenadas. Las acotaciones se harán en sistema métrico decimal y las

redacciones necesarias en español.

Todo plano debe de contener croquis de localización del área en cuestión, de

preferencia encima del cuadro destinado a las firmas de aprobación.

Todos los planos y actividades deberán ejecutarse de acuerdo a la norma SE-NOM-001

a) Planos Machote

Son planos ya elaborados que son respectivos para cada proyecto y solamente se

adaptan a los requerimientos del proyecto y se complementan con los datos de este, dentro

de este tipo se encuentran los siguientes datos:

a.1) Cedula de cable y tubo conduit

a.2) Cuadro de cargas de tableros de alumbrado

a.3) Símbolos y notas generales

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b) Detalles de instalación y montaje

b.1) Fuerza

b.2) Luminarias

b.3) Alumbrado

c) Generales

c.1) Clasificación de áreas

c.2) Diagrama unifilar general

c.3) Subestación principal

c.4) Distribución general de alumbrado

c.5) Distribución general de fuerza

d) Por áreas

d.1) Distribución de fuerza

d.2) Distribución de alumbrado y contactos

d.3) Diagrama de control

Tramites oficiales Los tramites oficiales requeridos para el suministro de energía, consisten en lo

siguiente :

a) Aprobación de los planos por una unidad verificadora.

b) Solicitud de visita de inspección y autorización de las instalaciones por parte de

CFE.

c) Solicitud de servicio de energía a la CFE.

12

CRITERIOS DE DISEÑO

Tensiones de servicio

a) Sistemas primarios.

El sistema primario consistirá en un sistema trifásico, 3 hilos, 60 hertz, 13200 volts.

b) Distribución secundaria

La distribución secundaria se representa en la tabla 1

Tabla 1

Distribución secundaria

Distribución para motores a 440 volts;contactos trifásicos

y primarios de transformadores de alumbrado.

220 volts

Motores de 1 / 2 a 2 HP 220 volts

Secundarios de transformadores de alumbrado para

alimentar motores de 1f, equipo de alumbrado, contactos

monofásicos

220 / 127 volts 3f

Secundarios de transformadores para alimentar

instrumentos

120 volts; 1f

Motores, menores de 1 / 2 HP 120 volts;1f

Luminarias

Alumbrado exterior y áreas de proceso 120 volts

Oficinas 120 volts

control 120 volts

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CAIDA DE TENSIÓN Circuitos derivados.

La caída de tensión permisible a plena carga para circuitos de potencia,

calefacción, alumbrado y combinaciones de estas, considerando desde el punto de

alimentación hasta la salida mas lejana, no deberá ser mayor del 3 %.

Alimentadores.

La máxima caída de tensión permisible, considerando el circuito derivado y el

alimentador, es de 5 %.

CARGA DE TRANSFORMADORES. El transformador se seleccionara de acuerdo a su carga normal de operación mas 25 %

para carga futura, considerando un factor de demanda de 1 y un factor de diversidad de

1, a menos que se especifique lo contrario.

PREVISIÓN PARA CARGAS FUTURAS Los tableros de distribución deberán ser localizados, en las subestaciones y los cuartos

de control, y deberán dimensionarse, considerando que nuevas secciones puedan

adicionarse a los tableros.

La capacidad eléctrica y los arreglos físicos, deberán diseñarse previniendo el

incremento de cargas futuras, de valores del 20 % de la carga normal de operación.

LOCALIZACIÓN DE EQUIPOS DE DISTRIBUCIÓN Para localizarlos equipos de distribución se considera que se encuentren lo mas cerca

del centro de carga, que sea relativamente sencillo alimentarlos.

FUERZA

Sistema Primario

La subestación deberá reducir el voltaje de entrada de 13,200 volts al voltaje de

distribución ( 220 / 127) del edificio del SNTE. Este sistema inicia en el interruptor de

entrada y termina en el lado primario del transformador de la subestación del centro de

carga.

SUBESTACIONES La subestación podrá ser: tipo convencional o tipo compacta, interior o intemperie.

Todos los componentes deberán ser adecuados y estar completamente coordinados en

los siguientes aspectos.

a) Capacidad interruptiva

b) Niveles de aislamiento

c) Dispositivos de protección

d) Inter cambiabilidad

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MECANISMO DE DESCONEXION PRIMARIO Este mecanismo puede ser:

a) Cuchillas desconectadoras sin carga y fusible

b) Cuchillas desconectadoras con carga y fusibles

c) Interruptor de aire

d) Interruptor en pequeño volumen de aceite

e) Interruptor neumático

La selección se hará basándose en las características del sistema (tensión y corriente

nominal, capacidad interruptiva), importancia de la continuidad de servicio y costo.

ARREGLO DE CIRCUITOS Los sistemas descritos pueden tener diversos arreglos dependiendo de las necesidades

por lo que en cada caso deberá realizarse un estudio de los requerimientos en cuanto a

confiabilidad del sistema, flexibilidad, costo, seguridad, simplicidad, regulación de

voltaje y facilidad de expansión. Los arreglos mas comúnmente utilizados son :

a) Radial

b) Primario selectivo

c) Secundario selectivo

d) Anillo primario

e) Anillo secundario

ALUMBRADO General

El alumbrado será diseñado para mantener el nivel de iluminación mínimo promedio

indicado para cada área en los” requerimientos específicos del proyecto”(medido en un

plano de trabajo de 750mm), los cuales están basados en el manual de alumbrado de la

sociedad mexicana de iluminación.

Se proveerá iluminación en todas las áreas y en las cantidades indicadas en la tabla

numero 2.

TABLA 2

ZONA A ILUMINAR LUXES

Oficinas 500

Sala de juntas 500

Salón de usos múltiples 300

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LUMINARIAS

Las luminarias se seleccionaran considerando los siguientes conceptos :

a) Eficiente iluminación

b) Distribución uniforme de luz

c) Accesibilidad para cambio de lámparas y mantenimiento con seguridad

d) Clasificación del área

e) Consideraciones económicas

f) Ahorro de energía

La selección de las luminarias a utilizar en las diferentes áreas se hará de acuerdo a

lo siguiente:

AREAS EXTERIORES

a) Patios, reflector con lámpara de vapor de sodio

AREAS INTERIORES

a) Oficinas, pasillos, salones, cuarto de control, luminarias louver parabólica, con

lámpara fluorescente.

CONTROL DEL SISTEMA DE ALUMBRADO

Por lo general la iluminación se controla mediante tableros con interruptores termo

magnéticos, sin embrago, cuando sea necesario el control de un grupo de luminarias se

instalaran apagadores locales, en caja de la denominación NEMA correspondiente a la

clasificación del área.

CABLES ELÉCTRICOS En general se utilizara un cable formado por varios hilos de cobre. Los calibres

mínimos a utilizar son :

a) Circuito de alumbrado 12 AWG

b) Circuito de potencia hasta 600 volts (contactos) 10 AWG

c) Circuito de potencia hasta 600 volts (alimentador equipos de bombeo) 6 AWG

d) Circuito de potencia hasta 600 volts (alimentador salón usos múltiples) 4/0 AWG

e) Circuito de potencia hasta 600 volts (alimentador edificio principal) 4/0 AWG

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2.3.1 ARREGLO DEL SISTEMA

ESTRUCTURAS EN MEDIANA TENSIÓN

Los tipos de estructuras mas comúnmente empleados en sistemas de distribución de

mediana tensión son los siguientes :

Estructura radial Es la mas comúnmente empleada en virtud de su sencillez, operación y bajo

costo aunque su continuidad de servicio esta limitada a una sola fuente, ver

dibujo No. 1

Estructura en anillo Las redes en anillo normalmente operan abiertas en un punto por lo general es el

punto medio razón por la cual se conocen como redes en anillo abierto. Al

ocurrir una falla seccione el tramo dañado para proceder a su reparación. Ver

dibujo No.2

Esquema de estructura en anillo cerrado Es semejante a la estructura anterior variando únicamente en que para este caso

no se cuenta con el punto normalmente abierto. Por la flexibilidad que presenta,

este arreglo es ampliamente utilizado, ver dibujo No. 3

Estructura en mallas En este tipo de estructura las subestaciones de distribución están conectadas en

seccionamiento y junto con el cable constituyen anillos de igual sección. Estos

operan en forma radial, para lo cual se opera normalmente abierta uno de los

medios de seccionamiento en la subestación que se localiza aproximadamente a

la distancia misma del sistema, ver dibujo No. 4

17

Estructura en doble derivación Se utiliza en aquellas áreas en las que se tiene la posibilidad de contar con doble

alimentación para disponer de elevada continuidad de servicio y que presenten

características de carga concentrada.

Su operación se efectúa conforme a un esquema que cuenta con alimentadores

de dos clases: Preferentes y de emergencia que cuentan con transferencias

manuales y automáticas. Ver dibujo No. 5

Estructura en derivación múltiple Esta estructura se conforma de un numero determinado de alimentadores, los

cuales contribuyen simultáneamente a la alimentación de la carga. De hecho este

arreglo es una variante de la red en derivación doble, ya que sigue el mismo

principio, solo que en este caso es posible alimentar un área más amplia debido

al mayor numero de alimentadores d que se dispone. Este arreglo debe diseñarse

dejando un margen de capacidad de reserva en los alimentadores, de tal manera

que al quedar fuera de servicio alguno de ellos, la carga se reparta a los restantes

por medio de transferencia automática, ver dibujo No. 6

Estructura de alimentadores selectivos Este tipo de redes se construyen con alimentadores troncales que provienen

preferentemente de subestaciones diferentes y llegan a la zona por alimentar. De

estos alimentadores troncales se derivan alimentadores derivados que van de un

troncal a otro, siguiendo el principio de la doble alimentación. Las subestaciones

o transformadores de distribución se reparten entre parejas de alimentadores

troncales tal y como se indica, ver dibujo No. 7

18




Poza Rica ver.

Sistema radial

Elaborado por:

Eric García Castillo

Gregorio Aguirre Castro

Poza Rica Ver. Fecha: 20/11/03 Dibujo No. 1

19




Poza Rica ver.

Sistema en anillo

Elaborado por:




20



Diseño de la instalación eléctrica del edificio del S.N.T.E. sección 32

en Poza Rica ver.

Sistema en anillo cerrado

Elaborado por:




21




en Poza Rica ver.

Sistema en mallas

Elaborado por:




22




Poza Rica ver.

Sistema en doble

derivación

Elaborado por:




23




Poza Rica ver.

Sistema en derivación

múltiple

Elaborado por:




24




Poza Rica ver.

Sistema de alimentadores

selectivos

Elaborado por:




25

2.3.2 ACOMETIDA

El punto de acometida a partir del cual se energizara el sistema eléctrico del

edificio del sindicato de trabajadores de la educación, en Poza Rica, Veracruz, será el

del alimentador aéreo existente, con numero de clave R2-72, circuito petromex código

PRT 4085 perteneciente a la red de distribución urbana de Poza Rica ,ver.,y que esta

localizado a 60 metros del edificio.

Una vez en el predio llegara al punto híbrido, contando con las retenidas

correspondientes ( todo de acuerdo a la norma de construcción de líneas aéreas y

subterráneas de CFE en su edición 2002).

En el poste existente No. R2-72,correspondiente al circuito petromex PRT 4085

se instalara un grupo de tres corta circuitos monofásicos ( según norma de construcción

de líneas aéreas y subterráneas de CFE edición 2002), a partir de las cuales se iniciara

un alimentador aéreo que se internara al predio del edificio del SNTE para alimentar a

la subestación con que cuenta el sistema.

El sistema de alimentación será trifásico, a tres hilos, 60 hertz, en 13,200 volts, y

la capacidad de corto circuito proporcionada por C.F.E. es de 2826 amperes simétricos.

CALCULO DEL ALIMENTADOR PRIMARIO

La selección de conductores para redes aéreas debe tomar en consideración

varios conceptos entre los cuales desde el punto de vista eléctrico esta la selección por

capacidad de conducción y por corto circuito.

La consideración mas importante en la capacidad de conducción de corriente de

las líneas aéreas es el efecto del calentamiento que se genera al paso de la corriente

eléctrica, con la consiguiente reducción de esfuerzos a la tensión. La mayoría de los

conductores utilizados en la construcción de líneas aéreas son de temple duro, que

operan bajo determinadas condiciones de flechas y tensiones. Si el calentamiento se

sostiene por periodos prolongados se presentara un recocido del metal con una

disminución en el esfuerzo mecánico e incremento de su longitud. Por esta razón la

ampacidad ( calculo de corriente ) de los conductores se determinan bajo condiciones de

operación, que no ocasionaran calentamiento que alteren sus características.

En el dibujo No. 8 se presenta la grafica de capacidad de conducción de

corriente para conductores ACSR sujetas a las siguientes condiciones:

Temperatura ambiente 40o c

Velocidad del viento 0.6 m / seg.

a). Calculo de conductores por capacidad de conducción

Para calcular la corriente total se debe considerar la carga de todos los

transformadores que se van a conectar y aplicar la siguiente formula:

26

IFASE = Potencia nominal

3 X voltaje entre fases

Con el valor de corriente y haciendo uso de la grafica de capacidades de

conducción de los conductores, se selecciona el calibre apropiado.

b). Calculo de conductores por corto circuito.

En este punto solo intervienen las características del conductor y las

condiciones de falla.

La capacidad de corto circuito debe determinarse mediante el análisis de corto

circuito; sin embargo para este caso la compañía suministradora ( CFE)

proporciono el valor de corriente de falla trifásica; mismo que como ya se menciono

es de 2826 amperes simétricos.

Considerando un factor de asimetría de 1.6

ICC Asimétrica = 1.6 x 2826 = 4521.6 amperes asimétricos.

El área de la sección transversal del conductor que puede transportar esta

corriente sin sufrir daño alguno se determina mediante la formula:

t

T T

T T logK

IA

1

2

cc

Tabla 3

Constante de conductores

Material k T

Cobre 0.0297 234.5

Aluminio 0.0125 228.0

Plomo 0.0097 236.5

Acero 0.00326 180.5

27

CALCULO MECANICO

Durante su operación las líneas aéreas están sometidas a acciones del viento, así

como variaciones de temperatura que se producen durante el día en las diversas

estaciones del año. Estas acciones, influyen en la resistencia mecánica y por ello es

necesario que los conductores seleccionados puedan soportar los esfuerzos a los que

se someterán durante la operación de la línea.

La generalidad de las normas de instalaciones eléctricas tiene entre sus

principales objetivos el evitar el peligro para los usuarios, instalaciones cercanas a

la línea y al personal que las opera y les da mantenimiento.

Previniendo lo anterior y para reducir la utilización de factores de seguridad se

han elaborado códigos y reglamentos que establecen los requerimientos mínimos

para cada caso especifico.

En la tabla 4 se marcan las distancias mínimas de separación que deberá

conservarse entre los conductores de una línea aérea y en la tabla No. 5 las

distancias del conductor y el nivel del terreno, cruces de carreteras, cruces de

ferrocarril o cruces con otras líneas.

Tabla 4

Distancia mínima de separación entre conductores

Separación mínima entre conductores

Que se cruzan con:

Mts Mts Mts Mts Mts

Líneas de comunicación 2.5 2.8 3.3 3.3 3.8

Cables de guarda 1.6 1.8 2.3 2.1 2.6

Líneas de energía

< 50 kv 1.8 2.0 2.5 2.3 2.8

69 kv 2.0 2.2. 2.7 2.5 3.0

115 kv 2.3 2.5 3.0 3.0 3.5

220 kv 3.5 3.7 4.2 4.2 4.7

400 kv 5.8 6.0 6.5 6.5 7.0

28

Tabla 5

Distancias entre el conductor y el nivel del terreno

libramiento Voltaje en Kv

15 a 50 69 115 Altura del

conductor

Altura del

conductor

Altura del

conductor

Altura del

conductor

Altura del

conductor

Cruzamientos sobre :

Vías férreas 9.4 m 9.6 m 10 m 10.2 m 10.5 m

Carreteras 7.4 7.6 8.0 8.2 8.5

Calles ,callejones o caminos

vecinales.

7.4 7.6 8.0 8.2 8.5

Espacios no transitados por

vehículos.

5.4 5.6 6.5 6.2 7.0

Zonas de vivienda no

transitadas por vehículos.

7.3 7.5 8.0 7.5 8.0

A lo ,largo de :

Calles o callejones urbanos 6.9 7.1 7.5 7.7 8.0

Caminos rurales 6.4 6.6 7.0 7.2 7.5

Una selección adecuada de esfuerzos y consecuentemente de flechas, tanto de los

conductores como del hilo de guarda, permite determinar la altura de las estructuras.

A continuación se mencionan algunos puntos para tomar en cuenta.

Primera. La tensión de trabajo en condiciones de temperatura de 0

oC sin viento, no deberá de

exceder el 25 % de la tensión de ruptura del cable.

Segunda.

La tensión de trabajo en condiciones de 0oC y con viento máximo no deberá exceder del

33 % de la tensión de ruptura del cable.

Tercera. La tensión de trabajo para una condición de 16

o C de temperatura, sin viento, no deberá

exceder del 20 % de la tensión de ruptura del cable.

Para la determinación de las flechas y tensiones que servirán de base para el diseño de

la plantilla de curvas de línea aérea, es necesario calcular los valores de esta en las

siguientes condiciones:

29

Temperatura máxima sin presión del viento, lo cual determinara la limitación

por libramiento y la plantilla a utilizaren la localización de las estructuras sobre

el perfil de la línea ( curva de localización)

Temperatura media sin viento, lo cual permitirá verificar que las tensiones

alcanzadas en este caso estén de acuerdo con las tensiones admitidas para limitar

las vibraciones.

Temperatura mínima sin viento, lo cual permitirá verificar el libramiento en caso

de cruce debajo de una línea ya existente.

Una temperatura mínima con vientos máximos, lo cual permitirá obtener la

tensión máxima resultante en los cables.

Las temperaturas a considerar serán 50o C como temperatura máxima, 0

o C

como temperatura mínima y la de 16o C como temperatura mínima.

La velocidad del viento que se debe considerar, varia en función de la

localización de la región donde se localizara la línea aérea para tal efecto se

puede hacer uso de la norma CFE02 – 00 – 02.

Las distancias mínimas de conductores a superficies pueden determinarse con el

auxilio de la norma CFE – 02 – 00 – 03. o la norma Nom-001-SEDE-1997.

A continuación se determinara el valor de flechas y tensiones en los cables de

una línea aérea empleando la ecuación de cambio de estado la cual establece lo

siguiente:

2

21112221

2211

222 l m k t k

t

l m k t t

Donde

24

E Pe K 1

2

1 coeficiente inicial de elongación por peso

22 E K coeficiente final de elongación final por temperatura

30

Los coeficientes de sobrecarga son:

2

22

1W

W m

f

2

22

2W

W m

f

La flecha máxima esta dada por la expresión:

t8

LW f

2

Donde :

T1 = esfuerzo de tensión inicial en Kg. / mm2

T2 = esfuerzo de tensión final (buscado) en Kg / mm2

Pe = peso especifico del conductor en ( Kg / mm2) / mm

2

E1 = modulo de elasticidad en Kg / mm2

L = proyección horizontal del claro en metros

1 = temperatura inicial en o C

2 = temperatura final en o C

= coeficiente de dilatación lineal en 1 / o C

w = peso unitario del conductor en Kg / m

wh1 y wh2 = peso unitario del conducto sin hielo (inicial y final) en Kg / m

cv1 y cv2 = carga unitaria del viento con o sin hielo (inicial y final) en Kg / m

f = carga de viento en Kg / m2

vf = presión del viento en Kg / m2

En este caso el tipo de conductor a utilizar será de aluminio ACSR calibre 2 / 0, cuyas

características mecánicas según datos del fabricante son las siguientes.

Área Sección transversal: 67.43 mm2

Diámetro : 0.01134 m

Peso : 0.272 Kg. / m

Peso especifico = 0.00403 ( kg/m) / mm2

Modulo de elasticidad = 7700 Kg / mm2

31

Coeficiente de dilatación lineal = 0.0000238 (1 / o C)

Carga de ruptura = 2425 Kg

Carga del viento = 39 Kg / m2

Factor de asimetría = 1.6

Determinación de las tensiones a 50 o C, sin viento tomando como condiciones iniciales las

siguientes :

Distancia interpostal 60 m

Tensión a 16 o C sin viento = 20 % de la tensión de ruptura = 0.2 x 2425 = 485 Kg.

Por lo que el esfuerzo de tensión inicial ( t1 ) será :

T1 = carga de ruptura a 16 o C / área del conductor = 485 / 67.43 = 7.19 Kg. / mm

2

El coeficiente de sobrecarga ( m1) sin viento es = 1 por lo que el estado buscado será:

T2 = ¿

2 = 50 o C

m2 = ¿

Desarrollando la ecuación de cambio de estado se tiene que:

2

21112221

2211

222 l m k t k

t

l m k t t

24

E Pe K 1

2

1 = 0.00521 24

7700 00403.02

0.1832 7700 0.0000238 E K 12

2

22

2W

W m

f , d vff = ( 39) ( 0.01134) = 0. 4422

32

1.90 0.272

0.4422 0.272 m

2

2 2

2

Sustituyendo valores en la ecuación de estado, se tiene:

22

2

2

2

222 ) 60 ( ) (1.90 ) 0.00521 ( 7.19 - ) 16 - 50 ( 0.1832

19) (7.

) 60 ( ) 1.0 ( 0.00521 t t

0 68 - t0.6 - t 22

32

t2 = 4.2917 Kg. / mm2 por lo tanto, tensión a 50

o C = 4.2917 x 67.43 = 289. 38 Kg., que

equivalen al 12 % de la tensión de ruptura.

Con lo anterior se comprueba que el conductor de aluminio calibre 2 / 0 ACSR reúne las

características mecánicas y eléctricas que se requieren de acuerdo con la Nom – 001 sede 1999

en el articulo 922.

33




Poza Rica ver.

Grafica de capacidad de

conducción de corriente

para conductores ACSR a

Temp. 40oC , =0.5 de

emisividad, v = 0.6m/s

Elaborado por:




Calibre (AWG O KCM)

6

4

2

1

1/0

2/0

3/0

4/0

266

. 5

336

. 4

397

. 5

477

556

. 5

605

636

715

. 5

795

954

1113

Corriente en Amperes

TE

MP

ER

AT

UR

A A

MB

IEN

TE

EN

O

C

60

50

40

30

20

15

10

40 50 60 70 80 90 100 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500

34

2.3.3 DIAGRAMA UNIFILAR GENERAL

Un diagrama unifilar es la representación esquemática de un sistema eléctrico donde se indica

de manera sintetizada la forma en que están interconectados todos los elementos que lo

constituyen así como la trayectoria que ha de seguir la corriente desde la fuente de suministro

de energía hasta los diferentes puntos de utilización.

La elaboración de los diagramas unifilares se realiza utilizando simbologías establecidas en las

normas técnicas que aunque difieren de país a país o entre continentes, normalmente tienen

mucha similitud entre si.

El diagrama unifilar será tan intrincado como complejo sea el sistema que representa y será de

mayor calidad conforme mas información técnica contenga; por esta razón se recomienda que

durante su elaboración se tomen en cuenta las siguientes recomendaciones:

El diagrama unifilar siempre será elaborado en una sola línea, no importa el

numero de fases del sistema eléctrico que represente.

Siempre se inicia a partir del punto por donde se energiza el sistema (

acometida ).

Toda acometida representada en los diagramas unifilares deberá

complementarse con las características de la fuente o sistema de energía que la

alimenta, siendo los mas necesarios los siguientes:

1. El numero de fases del sistema

2. El numero de hilos

3. La frecuencia del sistema

4. El voltaje entre fases

5. La potencia de corto circuito

Se deberá disponer de un medio de desconexión capaz de desenergizar

totalmente al sistema pudiendo ser este mismo dispositivo el que proporcione las

protecciones contra sobrecarga y corto circuito para todo el sistema.

Los sistemas eléctricos que sean energizados por las compañías suministradoras

deberán contar con equipos de medición para cuantificar las energías activa,

reactiva y el factor de potencia. Mismos que de acuerdo con la magnitud del

sistema se pueden instalar en el lado de alta tensión (antes del medio de

desconexión) en el lado de baja tensión ( secundario del transformador principal

).

35

La representación de los interruptores de potencia se debe complementar con la

siguiente información.

1. Voltaje nominal

2. Numero de fases

3. Corriente nominal

4. Corriente o potencia de corto circuito

La representación de los alimentadores deberá incluir :

1. Numero total de conductores

2. Cantidad de conductores por fase

3. Calibre de los conductores

4. Indicar si se trata de un alimentador en canalización o aéreo

5. Para conductores en canalización se indicara el tipo de esta

6. Material

7. Longitud.

La representación de los transformadores de potencia se deberá acompañar con la

siguiente información:

1. Potencia del transformador

2. Numero de fases

3. Conexión de sus devanados

4. Impedancia

5. Relación de transformación

6. Tipo de enfriamiento

La representación de motores deberá acompañarse con :

1. Potencia del motor

2. Numero de fases

La representación de los generadores se complementa con :

1. Potencia del generador

2. Numero de fases

3. Impedancia

4. Voltaje de generación

5. Conexión de sus devanados

6. Factor de potencia

36

Aquellos casos que por razones de espacio no sea posible reflejar toda la información sobre el

plano del diagrama unifilar, se puede hacer uso de notas las cuales deberán incluirse en el

mismo.

Otra información que se recomienda incluir en la elaboración del diagrama unifilar general de

un sistema, es aquella que relaciona las especificaciones técnicas que deberán cumplir los

materiales y equipos que conforman el arreglo.

En el dibujo 9 se muestra el diagrama unifilar general del sistema eléctrico del edificio del

sindicato nacional de trabajadores de la educación sección 32 en Poza Rica, Veracruz.

37




Poza Rica ver.

Diagrama Unifilar.

Elaborado por:




Equipo de Bombeo

Alimentador

Subterráneo

Calibre # 4 , 220 V

L = 27 m

Punto de Acometida

ACSR 2/0 13.2 Kv

L = 60 mts.

Punto Híbrido

TR, 150 KVA

13200 / 220 Volts ,

Z = 3.7 %

l

L

L

Cable EPR cal. # 2 13.200 Kv

L = 40 mts.

Alimentador

subterráneo

Calibre # 6, 220 V

L = 26 m

Alimentador

Subterráneo

Calibre # 4 , 220 V

L = 42 m

Salón de usos Múltiples Edificio Principal

3x 1800 amp.

Circuito petromex, PRT 4085

38

2.4 ALUMBRADO

Antes de que existiera la iluminación artificial, el ser humano realizaba sus actividades

durante el tiempo en que la iluminación natural se lo permitiera, con el descubrimiento del

fuego, la bombilla eléctrica, la lámpara fluorescente, entre otros métodos de iluminación

artificial todo cambio.

En la actualidad el hombre mejoro estos métodos de iluminación artificial buscando

siempre fuentes de iluminación adecuadas, ahora vive y trabaja en el interior de edificios

utilizando su vista durante largos periodos de tiempo con una iluminación natural, a menudo

insuficiente. Por ello es necesario la presencia de una iluminación artificial que garantice el

desarrollo de estas actividades. La iluminación de interiores es un campo muy amplio que

abarca todos los aspectos de nuestras vidas desde el ámbito doméstico al del trabajo o el

comercio.

Para poder abordar con propiedad los diferentes procedimientos que se utilizan para

diseñar y construir sistemas de iluminación, se comentaran a continuación algunos de los

conceptos generales de alumbrado.

Alumbrado

Es el conjunto de los diversos estudios que se han realizado de las hondas visibles, para

beneficio de la humanidad.

Fotometría

Medición de cantidades relacionadas con la radiación y evaluadas de acuerdo con el

efecto visual producido.

La energía radiante y la luz La luz se define como la manifestación de energía en forma de radiación que es capaz

de percibir el ojo humano y que puede ser evaluada por el ser humano.

La energía visible que radian las fuentes de la luz se localiza en una banda del espectro

electromagnético aproximadamente entre 380 y 770 nanómetros.

Flujo luminoso ( )

Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiación

luminosa a la que el ojo humano es sensible. Su símbolo es y su unidad es el lumen (lm). A

la relación entre watts y lúmenes se le llama equivalente luminoso de la energía y equivale a 1

watt-luz a 555 nm = 683 lm.

39

La razón del flujo luminoso al flujo radiante correspondiente se le conoce como eficiencia

luminosa espectral (antes factor de luminosidad) y se expresa en lúmenes por watt. Por lo tanto,

dos fuentes pueden radiar igual cantidad de energía en la región visible del espectro pero

emiten diferentes cantidades de flujo luminoso, dependiendo de la distribución espectral de la

energía. El lumen es el flujo que incide sobre una superficie de un pie cuadrado cuya totalidad

de sus puntos se encuentre a un pie de distancia de la fuente puntual de una candela. Las

fuentes de luz se clasifican en lúmenes.

Intensidad luminosa (I)

Es el flujo luminoso sobre una pequeña superficie normal en una dirección especifica,

dividido entre el ángulo sólido (en Estereorradianes). que la superficie subtiende en la fuente.

La definición de la intensidad luminosa se aplica estrictamente a una fuente de luz uniforme en

la practica, sin embargo, la luz que emana de la fuente cuyas dimensiones sean despreciables

en comparación con la distancia desde la cual se observa, puede ser considerada como

proveniente de un punto. Su símbolo es I y su unidad la candela (cd).

La candlepower es el termino original en inglés para expresar la intensidad luminosa

expresada en candelas.

Una candela (antes candle, en español bujía) es la unidad de intensidad luminosa, y se

define como la intensidad luminosa de 1/600 000 m2 de área proyectando de un radiador

integral (cuerpo negro) que opera a la temperatura de solidificación del platino bajo una presión

de 10.325 N/m2.

Iluminación o luminancia (E)

Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie. Su símbolo es

E y su unidad el lux (lx) que es un lm/m2.

Existe también otra unidad, el foot-candle (fc), utilizada en países de habla inglesa cuya

relación con el lux es:

La bujía-pie es la unidad de iluminación cuando el pie se torna como la unidad de

longitud y es la iluminación de una superficie de 1 pie cuadrado de área sobre el cual hay un

flujo de 1 lumen distribuido de modo uniforme o la producida sobre una superficie, todo los

puntos de la cual están a una distancia de 1 pie con respecto a una fuente puntual de una

candela que sea direccionalmente uniforme.

40

Luminancia (brillantez fotométrica):

La luminancia, frecuentemente llamada “brillantez”, es el nombre dado a lo que

vemos.“La brillantez” es una sensación subjetiva que varía de muy tenue u oscuro a muy

brillante. Se llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa y la superficie

aparente vista por el ojo en una dirección determinada.

Su símbolo es L y su unidad es la cd/m2. También es posible encontrar otras unidades

como el stilb (1 sb = 1 cd/m2) o el nit (1 nt = 1 cd/cm2).

Es importante destacar que sólo vemos luminancias, no iluminancias. Se refiere a la

luminancia de una de dos maneras, ya sea relacionada a una luminaria o a una superficie. La

luminancia directa o brillantez de luminarias a varios ángulos de visión es un factor mayor en

la evaluación de confort visual de una instalación que use esas luminarias.

Eficiencia luminosa ( ) Es una cantidad que denota la efectividad de fuentes de luz. Es la razón de flujo

luminoso total (lúmenes) a la entrada total de la potencia. Definimos la eficiencia luminosa

como el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica consumida, que

viene con las características de las lámparas (25 W, 60 W...).

Mientras mayor sea mejor será la lámpara y menos gastará. La unidad es el lumen por

watt (lm/W).

Reflectancia ( )

La reflectancia ( ) es la razón del flujo reflejado al flujo incidente. Los valores medidos

de reflectancia dependen de los ángulos de incidencia, y vista, y del carácter espectral de flujo

incidente. Debido a la dependencia, deben especificarse los ángulos de incidencia y vista, y las

características espectrales de la fuente.

Cantidad de luz

Esta magnitud sólo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar

un flash fotográfico o para comparar diferentes lámparas según la luz que emiten durante un

cierto periodo de tiempo. Su símbolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lm·s).

41

Para obtener una relación matemática de los conceptos anteriores se presenta la tabla 6

TABLA 6

Tabla de unidades, símbolos y ecuaciones para cantidades fotométricas

fundamentales.

Concepto Símbolo Ecuación Unidad Abreviatura

Flujo

luminoso

t

Q Lumen Lm

Intensidad

luminosa I I Candela Cd

Iluminación o

luminancia E

S

QE

Lux =2m

Lm,

foot-candle

Lx

fc

Luminancia

(brillantes

fotométrica)

L cosS

I

S

IL

aparente

m

cd

Eficiencia

luminosa

W

W

Lm

Cantidad de

luz Q tQ Lm·s

42

Datos fotométricos

El término “Fotometría” se usa para definir cualquier información de prueba que

describa las características de la salida de luz de una luminaria. El tipo más común de

información fotométrica incluye las curvas de distribución de candela , criterios de

espaciamiento, eficiencia de la luminaria, curva isofootcandle, coeficiente de utilización e

información de luminancia. El propósito de la fotometría es describir con exactitud el

rendimiento de una luminaria para permitir al diseñador, seleccionar el equipo de iluminación y

diseñar una distribución de luminarias que mejor cubra las necesidades del trabajo.

A continuación se revisan los tipos de información fotométrica más utilizados.

Curva de distribución de candela (dibujo 10)

La curva de distribución fotométrica es una de las herramientas más valiosas de los

diseñadores de iluminación. Es un “mapa” transversal de intensidad (candelas), medidas en

muchos ángulos diferentes. Es una representación de dos dimensiones y por lo tanto muestra la

información sólo para un plano. Si la distribución de la unidad es simétrica, la curva en un

plano es suficiente para todos los cálculos. Si es asimétrica, tal como la iluminación pública y

las unidades fluorescentes, se requieren tres o más planos. En general, las unidades de

reflectores incandescentes y HID (descarga de alta intensidad) son descritos por un plano

vertical único de fotometría. Los luminarias fluorescentes requieren un mínimo de un plano a

través del eje de la lámpara, uno que lo atraviese y otro en un ángulo de 45°. A mayor

separación de la simetría, más son los planos que se necesitan para lograr cálculos exactos.

Curva Isofootcandle (dibujo11)

Las Curvas Isofootcandle se usan frecuentemente para describir el patrón de luz cuando

una luminaria produce una distribución no simétrica. Estas tablas se derivan de la información

de candela y muestran gráficas o líneas de niveles pies candela iguales en el plano de trabajo

cuando la luminaria está en la altura de montaje designado. El uso de las curvas isofootcandle

se usa, para determinar la iluminancia en puntos designados (cálculos por punto).

Coeficiente de utilización (Tabla 7)

El coeficiente de utilización se refiere al número de lúmenes que finalmente alcanzan el

plano de trabajo en relación a los lúmenes totales generados por la lámpara. Los números de

CU son necesarios para calcular los niveles de iluminancia promedio y son provistos de una de

dos maneras: una tabla de CU o una curva de utilización. Por lo general, la curva de utilización

se provee para unidades escogidas para uso exterior o unidades con una distribución

radicalmente asimétrica. La tabla de CU se provee para unidades que se usan principalmente en

interiores, donde se aplica el método de cálculo del lumen o el de cavidad zonal. El uso de la

información de CU se discutirá en la sección que cubre los métodos de cálculo.

43

Tabla 7

Tabla de coeficientes de utilización

RCP 80 70 50 0

RM 70 50 30 70 50 30 50 30 10 0

ICL REFLECTANCIA DE CAVIDAD DE PISO: 0.2

0 0.81 0.81 0.81 0.79 0.79 0.79 0.75 0.75 0.75 0.68

1 0.75 0.73 0.70 0.73 0.71 0.69 0.68 0.67 0.65 0.60

2 0.69 0.65 0.61 0.68 0.64 0.6 0.61 0.58 0.56 0.52

3 0.64 0.58 0.53 0.62 0.57 0.52 0.55 0.51 0.48 0.45

4 0.59 0.52 0.46 0.57 0.51 0.46 0.49 0.45 0.41 0.39

5 0.54 0.46 0.41 0.53 0.46 0.40 0.44 0.40 0.36 0.34

6 0.50 0.42 0.36 0.49 0.41 0.36 0.40 0.35 0.32 0.30

7 0.46 0.38 0.32 0.45 0.37 0.32 0.36 0.31 0.28 0.26

8 0.43 0.34 0.29 0.42 0.34 0.29 0.33 0.28 0.25 0.23

9 0.40 0.31 0.26 0.39 0.31 0.26 0.30 0.26 0.22 0.21

10 0.38 0.29 0.24 0.37 0.29 0.24 0.28 0.23 0.20 0.19

Curva de distribución luminosa (dibujo12)

En la curva de distribución luminosa, los radios representan el ángulo y las

circunferencias concéntricas el valor de la intensidad en candelas. De todos los planos

verticales posibles identificados por el ángulo , solo se suelen representar los planos

verticales correspondientes a los planos de simetría y los transversales a estos ( = 0º y =

90º) y aquel en que la lámpara tiene su máximo de intensidad. Para evitar tener que hacer un

gráfico para cada lámpara cuando solo varía la potencia de esta, los gráficos se normalizan para

una lámpara de referencia de 1000 lm. Para conocer los valores reales de las intensidades

bastará con multiplicar el flujo luminoso real de la lámpara por la lectura en el gráfico y

dividirlo por 1000 lm.

Criterio de Espaciamiento El criterio de espaciamiento le da al diseñador, información referente a qué tan

separados deben colocarse las luminarias y mantener una uniformidad de iluminación aceptable

en el plano de trabajo. El criterio de espaciamiento es conservador en la mayoría de los casos,

por ejemplo, toma en consideración sólo el componente de iluminación directo e ignora el

componente de luz indirecto que puede contribuir significativamente a la uniformidad. Sin

embargo, utilizado dentro de sus límites, el criterio de espaciamiento puede ser útil. Para

usarlo, multiplique la altura de montaje neta (luminaria a plano de trabajo) por el número de

criterio de espaciamiento. En la mayoría de los casos, este rango se utiliza con el método de

cálculo del lumen y el de cavidad zonal. Ya que hay muchos supuestos incluidos en el método

de cavidad zonal, el diseñador debe estar consciente de tales supuestos.

Probabilidad de confort visual (VCP)

Esta es una clasificación del sistema lumínico, expresado como porcentaje de personas

que encontrarían confortable el sistema. El VCP esta restringido a aplicaciones de oficina y de

escuela, en posiciones seleccionadas dentro de la habitación. Normalmente no se calcula.

44




Poza Rica ver.

Curva de distribución de

candela

Elaborado por:




45


FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

ELECTRICA

Diseño de la instalación eléctrica del edificio del S.N.T.E.

sección 32 en Poza Rica ver.

Curva Isofootcandle

Elaborado por:


Gregorio Aguirre

Castro


46




en Poza Rica ver.

Curva de distribución

luminosa

Elaborado por:




47

2.4.1 SISTEMA DE ALUMBRADO INTERIOR

Lograr el nivel de iluminancia requerido, no siempre asegura una buena calidad de

iluminación. La calidad, al igual la cantidad de iluminancia, es importante para producir un

ambiente de iluminación confortable, productivo, y estéticamente agradable. La calidad del

sistema de iluminación menciona, mas limita aspectos de iluminación tales como color

apropiado, buena uniformidad, luminancias de superficie de cuarto apropiadas, control de brillo

adecuado y reflejo mínimo.

La investigación sugiere que el sistema de iluminación puede afectar las impresiones de

claridad visual, amplitud y satisfacción del usuario. Estas sensaciones ocurren en espacios que

están iluminados de manera uniforme con énfasis en luminancias superiores en las superficies

del cuarto.

Una mayor satisfacción del usuario a tales espacios puede o no tener efecto alguno en el

rendimiento del trabajador. sin embargo, dados dos sistemas de iluminación con costos de vida

iguales, se deben considerar los sistemas de iluminación que brinden una mayor satisfacción al

trabajador.

Al proyectar un sistema de alumbrado, lo primero que se requiere es elegir un equipo

que proporcione el máximo confort visual y el mas alto rendimiento compatible con las

limitaciones impuestas al proyectista. El factor económico interviene siempre, y pueden

obligar a adoptar una combinación de alumbrado general y alumbrado local. El alumbrado

general localizado viene con frecuencia impuesto por razones económicas. Sin embargo, en

otras áreas estos sistemas de alumbrado se pueden elegir para que las luminarias puedan

emplazarse de forma que se reduzca el deslumbramiento directo, reflejado o las sombras

indeseables. Es necesario un completo análisis de la tarea visual, incluyendo las

consideraciones relativas al tamaño, reflectancia, características especulares o contraste con el

fondo.

48

2.4.2 FUENTES DE ILUMINACION

Las fuentes luminosas se dividen en dos grandes grupos que son:

Las fuentes naturales

Las fuentes artificiales

La fuente luminosa de tipo natural mas utilizada por el hombre es el sol, en tanto que las

artificiales se conocen con el nombre de lámparas eléctricas.

Las lámparas eléctricas desarrolladas por la ingeniería de iluminación son:

Lámparas incandescentes

Lámparas de descarga

Lámparas incandescentes

Las lámparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la

energía eléctrica. Desde que fueran inventadas, la tecnología ha cambiado mucho

produciéndose sustanciosos avances en la cantidad de luz producida, el consumo y la duración

de las lámparas. Su principio de funcionamiento es simple, se pasa una corriente eléctrica por

un filamento hasta que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por

el ojo humano.

Partes de una lámpara incandescente (dibujo13)

Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio que se calienta

por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible. Para

evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se rodea con una ampolla de vidrio a

la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completa con unos

elementos con funciones de soporte y conducción de la corriente eléctrica y un casquillo

normalizado que sirve para conectar la lámpara a la luminaria.

Existen dos tipos de lámparas incandescentes: las que contienen un gas halógeno en su

interior y las que no lo contienen:

Lámparas no halógenas

Entre las lámparas incandescentes no halógenas podemos distinguir las que se han

rellenado con un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vacío en su interior. La presencia

del gas supone un notable incremento de la eficacia luminosa de la lámpara dificultando la

evaporación del material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo

del filamento. Las lámparas incandescentes tienen una duración normalizada de 1000 horas,

una potencia entre 25 y 2000 W y unas eficacias entre 7.5 y 11 lm/W para las lámparas de

vacío y entre 10 y 20 para las rellenas de gas inerte.

En la actualidad predomina el uso de las lámparas con gas, reduciéndose el uso de las

de vacío a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con potencias de hasta 40 W.

49

Lámparas halógenas de alta y baja tensión

En las lámparas incandescentes normales, con el paso del tiempo, se produce una disminución

significativa del flujo luminoso. Esto se debe, en parte, al ennegrecimiento de la ampolla por

culpa de la evaporación de partículas de wolframio del filamento y su posterior condensación

sobre la ampolla.

Agregando una pequeña cantidad de un compuesto gaseoso con halógenos (cloro,

bromo o yodo), al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de regeneración del halógeno

que evita el ennegrecimiento.

El funcionamiento de este tipo de lámparas requiere de temperaturas muy altas para que

pueda realizarse el ciclo del halógeno. Por eso, son más pequeñas y compactas que las

lámparas normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide

manipularla con los dedos para evitar su deterioro.

Tienen una eficacia luminosa de 22 lm/W con una amplia gama de potencias de trabajo

(150 a 2000W) según el uso al que estén destinadas. Las lámparas halógenas se utilizan

normalmente en alumbrado por proyección y cada vez más en iluminación doméstica.

A continuación se muestra una tabla comparativa de lámparas incandescentes.

Tabla 8

Lámparas con gas Lámparas de vacío

Temperatura del filamento 2500 ºC 2100 ºC

Eficacia luminosa de la lámpara 10-20 lm/W 7.5-11 lm/W

Duración 1000 horas 1000 horas

Pérdidas de calor Convección y radiación Radiación

50




Poza Rica ver.

Partes de una lámpara

incandescente

Elaborado por:




51

Lámparas de descarga

Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una

manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. Por eso, su uso está tan

extendido hoy en día. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas

eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión a la que esté

sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias

características luminosas.

Funcionamiento En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos

electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado (ver dibujo14).

En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la

diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones

que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externas de los

átomos les transmite energía y pueden suceder dos cosas.

La primera posibilidad es que la energía transmitida en el choque sea lo suficientemente

elevada para poder arrancar al electrón de su orbital. Este, puede a su vez, chocar con los

electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este proceso no se limita, se puede

provocar la destrucción de la lámpara por un exceso de corriente.

La otra posibilidad es que el electrón no reciba suficiente energía para ser arrancado. En

este caso, el electrón pasa a ocupar otro orbital de mayor energía. Este nuevo estado

acostumbra a ser inestable y rápidamente se vuelve a la situación inicial. Al hacerlo, el electrón

libera la energía extra en forma de radiación electromagnética, principalmente ultravioleta

(UV) o visible. Un electrón no puede tener un estado energético cualquiera, sino que sólo

puede ocupar unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atómica del átomo.

Como la longitud de onda de la radiación emitida es proporcional a la diferencia de energía

entre los estados inicial y final del electrón y los estados posibles no son infinitos, es fácil

comprender que el espectro de estas lámparas sea discontinuo.

La consecuencia de esto es que la luz emitida por la lámpara no es blanca (por ejemplo

en las lámparas de sodio a baja presión es amarillenta). Por lo tanto, la capacidad de reproducir

los colores de estas fuentes de luz es, en general, peor que en el caso de las lámparas

incandescentes que tienen un espectro continuo. Es posible, recubriendo el tubo con sustancias

fluorescentes, mejorar la reproducción de los colores y aumentar la eficacia de las lámparas

convirtiendo las nocivas emisiones ultravioletas en luz visible.

52




en Poza Rica ver.

Funcionamiento y partes

de las lámparas de

descarga

Elaborado por:




Funcionamiento de las lámparas de descarga

partes de las lámparas de descarga

53

Elementos auxiliares

Para que las lámparas de descarga funcionen correctamente es necesario, en la mayoría

de los casos, la presencia de unos elementos auxiliares: cebadores y balastos. Los cebadores o

ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensión entre los electrodos del

tubo, necesario para iniciar la descarga y vencer así la resistencia inicial del gas a la corriente

eléctrica. Tras el encendido, continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza

y que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal.

Los balastros, son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la

lámpara y evitar así un exceso de electrones circulando por el gas que aumentaría el valor de la

corriente hasta producir la destrucción de la lámpara.

Eficacia

Al establecer la eficacia de este tipo de lámparas hay que diferenciar entre la eficacia de la

fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende

del fabricante. En las lámparas, las pérdidas se centran en dos aspectos: las pérdidas por calor y

las pérdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo). El porcentaje de cada tipo

dependerá de la clase de lámpara con que trabajemos.

La eficacia de las lámparas de descarga se indica en la tabla 9.

TABLA 9 eficacia de las lámparas sin balastro

Tipo de lámpara Eficacia sin balasto (lm/W)

Fluorescentes 38-91

Luz de mezcla 19-28

Mercurio a alta presión 40-63

Halogenuros metálicos 75-95

Sodio a baja presión 100-183

Sodio a alta presión 70-130

Características de duración

Hay dos aspectos básicos que afectan a la vida promedio de las lámparas (ver tabla 10).

El primero es la depreciación del flujo. Este se produce por ennegrecimiento de la superficie

del tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos.

En aquellas lámparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la

eficacia de estas sustancias.

El segundo es el deterioro de los componentes de la lámpara que se debe a la

degradación de los electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre. Otras

causas son un cambio gradual de la composición del gas de relleno y las fugas de gas en

lámparas a alta presión.

54

TABLA 10 vida promedio de las lamparas

Tipo de lámpara Vida promedio (h)

Fluorescente estándar 12500

Luz de mezcla 9000

Mercurio a alta presión 25000

Halogenuros metálicos 11000

Sodio a baja presión 23000

Sodio a alta presión 23000

Factores externos que influyen en el funcionamiento

Los factores externos que más influyen en el funcionamiento de la lámpara son la

temperatura ambiente y la influencia del número de encendidos.

Las lámparas de descarga son, en general, sensibles a las temperaturas exteriores.

Dependiendo de sus características de construcción (tubo desnudo, ampolla exterior...) se verán

más o menos afectadas en diferente medida. Las lámparas a alta presión, por ejemplo, son

sensibles a las bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque. Por contra, la

temperatura de trabajo estará limitada por las características térmicas de los componentes (200º

C para el casquillo y entre 350º y 520º C para la ampolla según el material y tipo de lámpara).

La influencia del número de encendidos es muy importante para establecer la duración

de una lámpara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos

depende en gran medida de este factor.

Tipos de lámparas de descarga

Las formas de las lámparas de descarga varían según la clase de lámpara con que tratemos. De

todas maneras, todas tienen una serie de elementos en común como el tubo de descarga, los

electrodos, la ampolla exterior o el casquillo.

Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de mercurio

o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión). Las propiedades varían

mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros.

Lámparas de vapor de mercurio:

o Baja presión:

Lámparas fluorescentes

o Alta presión:

Lámparas de vapor de mercurio a alta presión

Lámparas de luz de mezcla

Lámparas con halogenuros metálicos

Lámparas de vapor de sodio:

o Lámparas de vapor de sodio a baja presión

o Lámparas de vapor de sodio a alta presión

55

Lámparas fluorescentes

Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8 Pa).

En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las radiaciones

ultravioletas en la banda de 253.7 nm. Para que estas radiaciones sean útiles, se recubren las

paredes interiores del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en

radiaciones visibles. De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de

la luz, y las cualidades cromáticas de la lámpara. En la actualidad se usan dos tipos de polvos;

los que producen un espectro continuo y los trifósforos que emiten un espectro de tres bandas

con los colores primarios. De la combinación estos tres colores se obtiene una luz blanca que

ofrece un buen rendimiento de color sin penalizar la eficiencia como ocurre en el caso del

espectro continuo.

Las lámparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior (ver dibujo

16). Están formadas por un tubo de diámetro normalizado, normalmente cilíndrico, cerrado en

cada extremo con un casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos. El tubo de

descarga está relleno con vapor de mercurio a baja presión y una pequeña cantidad de un gas

inerte que sirve para facilitar el encendido y controlar la descarga de electrones.

La eficacia de estas lámparas depende de muchos factores: potencia de la lámpara, tipo

y presión del gas de relleno, propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo,

temperatura ambiente... Esta última es muy importante porque determina la presión del gas y

en último término el flujo de la lámpara. La eficacia oscila entre los 38 y 91 lm/W dependiendo

de las características de cada lámpara.

La duración de estas lámparas se sitúa entre 5000 y 7000 horas. Su vida termina cuando

el desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los electrodos, hecho que se

incrementa con el número de encendidos, impide el encendido al necesitarse una tensión de

ruptura superior a la suministrada por la red. Además de esto, hemos de considerar la

depreciación del flujo provocada por la pérdida de eficacia de los polvos fluorescentes y el

ennegrecimiento de las paredes del tubo donde se deposita la sustancia emisora.

El rendimiento en color de estas lámparas varía de moderado a excelente según las

sustancias fluorescentes empleadas. Para las lámparas destinadas a usos habituales que no

requieran de gran precisión su valor está entre 80 y 90. De igual forma la apariencia y la

temperatura de color varía según las características concretas de cada lámpara (ver tabla 11).

56

Tabla 11

Apariencia de color Tcolor (K)

Blanco cálido 3000

Blanco 3500

Natural 4000

Blanco frío 4200

Luz día 6500

Las lámparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos

auxiliares. Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el

encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin él.

En el primer caso, el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la

tensión de arranque. En el segundo caso tenemos las lámparas de arranque rápido en las que se

calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantáneo en que la ignición se

consigue aplicando una tensión elevada.

Más modernamente han aparecido las lámparas fluorescentes compactas que llevan

incorporado el balasto y el cebador. Son lámparas pequeñas con casquillo de rosca o bayoneta

sustituyendo a las lámparas incandescentes con ahorros de hasta el 70% de energía.

Lámparas de vapor de mercurio a alta presión

A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de

descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia

respecto a las emisiones en la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm

y amarillo 579 nm).

En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones

rojas. Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes que emitan

en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la

lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en

color de 40 a 45 normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación se establece en

unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para

una misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos

fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible.

Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150

y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares. Para

encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que

ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos

principales (ver dibujo 15). A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro

minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se

produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el

flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lámpara

no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio

haría necesaria una tensión de ruptura muy alta.

57




Poza Rica ver.

Lámpara de vapor de

mercurio

Elaborado por:




Lámpara de vapor de mercurio a alta presión

58




Poza Rica ver.

lámpara fluorescente

Elaborado por:




Lámpara fluorescente

59

Lámparas de luz mixta

Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta

presión con una lámpara incandescente y , habitualmente, un recubrimiento fosforescente (ver

dibujo 17a). El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del

espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas

provenientes de la fosforescencia.

Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/W y es el resultado de la combinación de la

eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga. Estas lámparas

ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura

de color de 3600 K.

La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa

de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas. Por un lado

tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la

pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sitúa en torno a

las 6000 horas.

Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto ya que el propio

filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las

lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones.

Lámparas con halogenuros metálicos

Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se consigue

mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor de

mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo

el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio), las partes de una lámpara de halogenuros

metálicos se muestran en el dibujo 17 b.

Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K

dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La eficiencia

de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida media es de unas 10000 horas. Tienen

un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se

estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de

encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V).

Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la

iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine,

proyectores, etc.

60




Poza Rica ver.

a)Lámparas de luz mixta

mezcla

b)halogenuros metalicos

Elaborado por:




b) Lámpara con halogenuros metálicos

a) Lámparas de luz de mixta

61

Lámparas de vapor de sodio a baja presión

La descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presión produce una

radiación monocromática característica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 589.6

nm) muy próximas entre sí.

La radiación emitida, de color amarillo, está muy próxima al máximo de sensibilidad

del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lámparas es muy elevada (entre 160 y

180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual,

además de una buena percepción de contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la

reproducción de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible

distinguir los colores de los objetos.

La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas 15000 horas y la depreciación

de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil es de

entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las ventajas visuales que ofrece la

hacen muy adecuada para usos de alumbrado público, aunque también se utiliza con finalidades

decorativas. En cuanto al final de su vida útil, este se produce por agotamiento de la sustancia

emisora de electrones como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque también se puede

producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior.

En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las pérdidas por

calor y reducir el tamaño de la lámpara (ver dibujo 18a). Está elaborado de materiales muy

resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unas pequeñas hendiduras para

facilitar la concentración del sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible. El tubo

está encerrado en una ampolla en la que se ha practicado el vacío con objeto de aumentar el

aislamiento térmico. De esta manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de

funcionamiento necesaria en la pared del tubo (270 ºC).

El tiempo de arranque de una lámpara de este tipo es de unos diez minutos. Es el tiempo

necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neón y

argón) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz. Físicamente esto se

corresponde a pasar de una luz roja (propia del neón) a la amarilla característica del sodio. Se

procede así para reducir la tensión de encendido.

Lámparas de vapor de sodio a alta presión

Las lámparas de vapor de sodio a alta presión (ver dibujo 18b)tienen una distribución

espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho

más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.

Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (Tcolor= 2100 K) y

capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas a baja presión

(IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ).

No obstante, esto se consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda

los 130 lm/W sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas.

62

La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20000 horas y su vida útil entre 8000 y

12000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la

depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del

incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su

correcto funcionamiento.

Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas

(1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el

tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como

amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas

térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de

encendido de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.

Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores

como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado

público o iluminación decorativa.

63




Poza Rica ver.

Lámparas de vapor de

sodio

Elaborado por:




b)Lámpara de vapor de sodio a alta presión

a)Lámpara de vapor de sodio a baja presión

64

Luminarias

Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexión a la red eléctrica a las lámparas

(ver dibujo 19a). Como esto no basta para que cumplan eficientemente su función, es necesario

que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas entre otras.

A nivel de óptica, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz

emitida por la lámpara. Es importante, pues, que en el diseño de su sistema óptico se cuide la

forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámpara-luminaria y el

deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios. Otros requisitos que debe cumplir las

luminarias es que sean de fácil instalación y mantenimiento. Para ello, los materiales

empleados en su construcción han de ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba

trabajar la luminaria y mantener la temperatura de la lámpara dentro de los límites de

funcionamiento. Todo esto sin perder de vista aspectos no menos importantes como la

economía o la estética.

Clasificación según las características ópticas de la lámpara

Una manera de clasificar las luminarias es según el porcentaje del flujo luminoso

emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la lámpara. Es decir,

dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo. Según esta

clasificación se distinguen seis clases que se muestran en el dibujo 19b.

Otra clasificación posible es atendiendo al número de planos de simetría que tenga el

sólido fotométrico. Así, podemos tener luminarias con simetría de revolución que tienen

infinitos planos de simetría y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en

el resto de planos (por ejemplo un proyector o una lámpara tipo globo), con dos planos de

simetría (transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetría (el

longitudinal) como ocurre en las luminarias de alumbrado viario (ver dibujo 20).

Para las luminarias destinadas al alumbrado público se utilizan otras clasificaciones.

65

Directa

Semi-directa

General difusa

Directa-indirecta

Semi-directa

Indirecta




Poza Rica ver.

Tipos de luminarias y su

clasificación

Elaborado por:




b)Clasificación según la distribución de la luz

a)Ejemplos de luminarias

66

Luminaria con infinitos

planos de simetría

Luminaria con dos planos de

simetría

Luminaria con un plano de

simetría




Poza Rica ver.

Clasificación de las

luminarias según sus

planos de simetría

Elaborado por:




Clasificación de las luminarias según sus planos de simetría

67

2.4.3 METODOS DE CALCULO

El diseño de los sistemas de alumbrado se realizan mediante procedimientos

matemáticos o gráficos. Existen también métodos simplificados cuyo empleo ahorra tiempo

aunque sacrifique exactitud. Por esta razón es importante que al seleccionar el procedimiento

de calculo se determinen la disponibilidad de tiempo para realizarlo y el grado de exactitud

que se requiere. Sin embargo, es mas practico diseñar los sistemas de alumbrado para

proporcionar un nivel de iluminación promedio con una distribución lo mas uniforme posible.

Una de las primeras decisiones en el diseño de un buen sistema de iluminación es la

elección de una fuente de luz. Hay disponible un gran número de fuentes de luz, cada una con

su combinación única de características operativas. Una de las pocas características de lámpara

que el diseñador de iluminación debe considerar cuando escoge una fuente de luz, deben incluir

la eficacia, o lúmenes por watt; color; vida de la lámpara; y depreciación de lumen de la

lámpara, o el porcentaje de salida que una lámpara pierde durante su vida.

Una vez determinadas las luminarias que se van a utilizar y el nivel de iluminación

requerido es posible calcular el numero de luminarias necesarias para producir tal iluminación,

el procedimiento a utilizar es el método de los lúmenes.

La finalidad de este método es calcular el valor medio en servicio de la iluminancia en

un local iluminado con alumbrado general. Es muy práctico y fácil de usar, y por ello se utiliza

mucho en la iluminación de interiores cuando la precisión necesaria no es muy alta como

ocurre en la mayoría de los casos.

El proceso a seguir se puede explicar mediante el siguiente diagrama de bloques:

68

Datos de entrada

1.-Dimensiones del local y la altura del plano de trabajo (la altura del suelo a la superficie

de la mesa de trabajo), normalmente de 0.85 m (ver tabla 12).

2.-Determinar el nivel de iluminancia media (Em). Este valor depende del tipo de actividad

a realizar en el local y podemos encontrarlos tabulados en tablas de algunos libros o normas de

iluminación.

3.-Escoger el tipo de lámpara (incandescente, fluorescente...) más adecuada de acuerdo con el

tipo de actividad a realizar.

Escoger el sistema de alumbrado que mejor se adapte a nuestras necesidades y las

luminarias correspondientes.

Determinar la altura de suspensión de las luminarias según el sistema de iluminación

escogido (ver tabla 12).

Tabla 12 altura de suspensión de las luminarias según el sistema de iluminación

h: altura entre el plano de

trabajo y las luminarias

h': altura del local

d: altura del plano de trabajo

al techo

d': altura entre el plano de

trabajo y las luminarias

Altura de las luminarias

Locales de altura normal (oficinas, viviendas, aulas...) Lo más altas posibles

Locales con iluminación directa, semidirecta y difusa Mínimo:

Óptimo:

Locales con iluminación indirecta

69

4.-Calcular la relación de cavidad del local (k) a partir de la geometría del local, vertabla 13

Tabla 13 dimensiones y relación de cavidad del local

Sistema de iluminación Índice del local

Iluminación directa, semidirecta,

directa-indirecta y general difusa bah

bak

Iluminación indirecta y semiindirecta bah

bak

85.02

3

Donde k es un número comprendido entre 1 y 10. A pesar de que se pueden obtener

valores mayores de 10 con la fórmula, no se consideran pues la diferencia entre usar diez o un

número mayor en los cálculos es despreciable.

Determinar los coeficientes de reflexión de techo, paredes y suelo. Estos valores se

encuentran normalmente tabulados para los diferentes tipos de materiales, superficies y

acabado, algunos fabricante lo incluyen en los datos fotométricos de la luminaria. Si no

disponemos de ellos, podemos tomarlos de la tabla 14

Tabla 14 coeficientes de reflexión

Color Factor de reflexión ( )

Techo

Blanco o muy claro 0.7

claro 0.5

medio 0.3

Paredes

claro 0.5

medio 0.3

oscuro 0.1

Suelo claro 0.3

oscuro 0.1

En su defecto podemos tomar 05 para el techo, 0.3 para las paredes y 0.1 para el suelo.

70

5.-Determinar el factor de utilización ( ,CU) a partir del índice del local y los factores

de reflexión. Estos valores se encuentran tabulados y los suministran los fabricantes (ver tabla

15). En las tablas encontramos para cada tipo de luminaria los factores de iluminación en

función de los coeficientes de reflexión y el índice del local. Si no se pueden obtener los

factores por lectura directa será necesario interpolar.

Tabla 15 Ejemplo de tabla del factor de utilización

6.- Determinar el factor de mantenimiento (fm) o conservación de la instalación. Este

coeficiente dependerá del grado de suciedad ambiental y de la frecuencia de la limpieza del

local. Para una limpieza periódica anual podemos tomar los valores de la tabla 16:

Tabla 16 factor de mantenimiento o conservación

Ambiente Factor de mantenimiento (fm)

Limpio 0.8

Sucio 0.6

Características de funcionamiento de la reactancia

Las especificaciones de la certified ballast manufactures association establece que la

reactancia haga funcionar la lámpara al 95 % de la emisión luminosa que proporciona cuándo

trabaja con una reactancia patrón. Para reactancias electrónicas se considera el 100%

71

Tensión de alimentación de las luminarias

Algunas variaciones de la tensión nominal causan reducción de los lúmenes emitidos;

por esta razón es recomendable la utilización de balastros tipos autorregulables o electrónicos,

cuya utilización independiza la producción luminosa de la tensión primaria.

Variación de la reflectancia y de la transmitancia de la luminaria.

Este efecto es normalmente pequeño pero significativo en luminarias fabricadas con

plásticos de poca calidad (un valor del 98% es muy conservador)

Lámparas inutilizadas

Las lámparas en mal estado deben reemplazarse de inmediato ya que de lo contrario

disminuirá la iluminación proporcional al porcentaje de lámparas fuera de servicio.

Temperatura ambiente de la luminaria

Las variaciones de temperatura no alteran la producción luminosa de lamparas de

filamento ni de mercurio, pero las lámparas fluorescentes normalmente se calibran

fotometricamente a 25 ºC, variaciones de temperatura por arriba o por debajo de este valor

pueden alterar la producción luminosa de las lámparas. (es común considerarlo 1)

Luminarias con intercambio de calor

Luminarias que cumplen las funciones de suministrar iluminación y servir de ducto para

los sistemas de ventilación se calibran fotomertricamente sin paso de aire a través de las

mismas. Por lo tanto cuando son instaladas y se extrae aire del local a través de ellas, su

eficacia aumenta a veces hasta el 20%.

Degradación luminosa de la lámpara

La gradual reducción de la emisión luminosa de la lámpara a medida que transcurre su

vida es mas rápida en unas lámparas que en otras. El factor de perdida se define por la relación

entre la emisión luminosa de la lámpara cuando han transcurrido el 70 u 80% de su vida

nominal y el valor inicial (a las 100 horas) de dicha emisión.

72

Disminución de la emisión luminosa por suciedad

Este factor varia según el tipo de luminaria y el medio ambiente. Las luminarias se

dividen en seis categorías y una vez que se ha determinado la categoría según tabla 17, el factor

se puede leer de una de las cinco curvas que se muestran para cada categoría en el manual de la

westinghouse.

Tabla 17 cinco grados de suciedad

MUY

LIMPIO

LIMPIO MEDIO SUCIO MUY SUCIO

Suciedad

generada

Nula Muy poca Perceptible,

pero no alta

Se acumula

rápidamente

Acumulación

constante

Suciedad

ambiente

Nula Algo (no

llega casi

nada)

Algo de

suciedad

alcanza la

zona

Una gran

cantidad llega

a la zona

Casi ninguna

queda excluida

Eliminación o

filtrado

Excelente Superior a la

media

Inferior a la

media

Solo

ventiladores o

soplantes si

los hay

Adherencia

de la

suciedad

Nula Escasa Suficiente

para hacerse

visible

después de

algunos

meses

Alta,

probablemente

debida al

aceite, a la

humedad, o

estática.

Alta

ejemplos Oficinas de

alto rango. no

próximas a

las zonas de

producción:

laboratorios,

Habitaciones

limpias

Oficinas en

edificios

antiguos o

próximas a

los puntos de

producción.

Oficinas de

fabricas

Tratamientos

térmicos;

impresiones a

alta velocidad;

procesos de

goma.

Similar al

grado sucio,

pero en las

luminarias

dentro de la

zona inmediata

de

contaminación.

El producto de todos estos factores determinan el factor de mantenimiento.

73

CALCULOS

Cálculo del flujo luminoso total necesario. Para ello aplicaremos la fórmula

mf

SE T

donde:

T es el flujo luminoso total

E es la iluminancia media deseada o nivel de iluminación

S es la superficie del plano de trabajo en

es el factor de utilización

fm es el factor de mantenimiento

Cálculo del número de luminarias.

mf

SEN ó

LL

T

nnN redondeado por exceso

donde:

N es el número de luminarias

T es el flujo luminoso total

L es el flujo luminoso de una lámpara

n es el número de lámparas por luminaria

Emplazamiento de las luminarias

Una vez hemos calculado el número mínimo de lámparas y luminarias procederemos a

distribuirlas sobre la planta del local. En los locales de planta rectangular las luminarias se

reparten de forma uniforme en filas paralelas a los ejes de simetría del local según las fórmulas

de la tabla 18:

Tabla 18 emplazamiento de luminarias

donde N es el número de

luminarias

74

La distancia máxima de separación entre las luminarias dependerá del ángulo de

apertura del haz de luz y de la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo. Veámoslo

mejor con el dibujo 21:

Como puede verse fácilmente, mientras más abierto sea el haz y mayor la altura de la

luminaria más superficie iluminará aunque será menor el nivel de iluminancia que llegará al

plano de trabajo tal y como dice la ley inversa de los cuadrados. De la misma manera, vemos

que las luminarias próximas a la pared necesitan estar más cerca para iluminarla (normalmente

la mitad de la distancia). Las conclusiones sobre la separación entre las luminarias las podemos

resumir como se aprecia en la tabla 19:

Tabla 19 distancia entre luminarias

Tipo de luminaria Altura del local Distancia máxima

entre luminarias

intensiva > 10 m e 1.2 h

extensiva 6 - 10 m e 1.5 h

semiextensiva 4 - 6 m

extensiva 4 m e 1.6 h

distancia pared-luminaria: e/2

Si después de calcular la posición de las luminarias nos encontramos que la distancia

de separación es mayor que la distancia máxima admitida quiere decir que la distribución

luminosa obtenida no es del todo uniforme. Esto puede deberse a que la potencia de las

lámparas escogida sea excesiva. En estos casos conviene rehacer los cálculos probando a usar

lámparas menos potentes, más luminarias o emplear luminarias con menos lámparas.

Comprobación de los resultados

Por último, nos queda comprobar la validez de los resultados mirando si la iluminancia

media obtenida en la instalación diseñada es igual o superior a la recomendada en las tablas.

75




Poza Rica ver.

Distancia máxima de

separación entre las

luminarias

Elaborado por:




Distancia máxima de separación entre las luminarias

76

2.4.4 EJEMPLO DE CALCULO

A manera de ejemplo, continuación se presenta el calculo del sistema de iluminación para el

local que ocupara la “oficina principal”.

1.- Dimensiones del local y la altura del plano de trabajo (la altura del suelo a la

superficie de la mesa de trabajo), normalmente de 0.85 m, estos datos se muestran en la tabla

20

Tabla 20 Dimensiones del local

Altura 3 m.

Largo (b) 10 m.

Ancho (a) 5 m.

Altura del plano de trabajo 0.85 m.

Altura sobre el plano de trabajo (h) 1.65 m.

Altura de montaje 2.5 m.

2.-Determinar el nivel de iluminancia media (Em).

El área a iluminar es una oficina y según la Norma Oficial Mexicana NOM-025-STPS-

1999, Condiciones de iluminación en los centros de trabajo, especifica que para esta área de

trabajo el nivel de iluminación mínimo es de 500 lux

3.-Escoger el tipo de lámpara y la luminaria.

Se escoge la luminaria 57/6T – B14228A4M51 de philips construlita con laouver

parabólico de aluminio de bajo deslumbramiento y balastro electrónico, esta luminaria esta

diseñada para 2 lámparas fluorescentes T5 de 28 watts (2 x 28 W) y un flujo luminoso de 2900

lúmenes cada una.

El tipo de alumbrado es general directo a una altura de montaje de 2.5 m.

4.-Calcular el índice de cavidad del local (k) a partir de la geometría del localcon la formula:

02.2)105(65.1

105

)(

x

bah

bak

Los coeficientes de reflexión según datos del fabricante son 80% en plafón, 50% en muro,

20% en piso.

77

5.- Determinación del coeficiente de utilización (Cu). A partir de los factores de

reflexión y el índice del local se leen en las tablas los factores de utilización que proporciona el

fabricante en la tabla 7. Se tiene que para un índice de cavidad del local de 2 el Cu es de 0.69.

6.- Determinar el factor de mantenimiento (fm) o conservación:

Los factores a considerar son:

1. Característica de funcionamiento de la reactancia......................................1

2. Tensión de alimentación de las luminarias.................................................1

3. Variación de la reflectancia y de la transmitancia de la luminaria..............0.98

4. Lámparas inutilizadas..................................................................................1

5. Temperatura ambiente de la luminaria........................................................1

6. Luminarias con intercambio de calor...........................................................1

7. Degradación luminosa de la lámpara tabla 21:..........................................0.94

8. Disminución de la emisión luminosa por suciedad

de la luminaria categoría V se toma la curva de muy

limpio, considerando que las luminarias

se limpian cada 6 meses, ver dibujo 22.......................................................0.97

Al efectuar el producto de estos factores se tiene que:

Factor de mantenimiento = (1)(1)(.98)(1)(1)(1)(.94)(.97)= 0.89

Tabla 21

WATTS TIPO ACABADO LUMENES

INICIALES

VIDA EN

HORAS

EFICIENCI

A

LUMENES/

WATT

FACTOR

DE

DEPRECIA

CION

BULBO

17 SLIMLINE BLANCO

FRIO 1400 20000 82 0.80 T-8

32 SLIMLINE BLANCO

FRIO 3050 20000 95 .83 T-8

14 SLIMLINE BLANCO

FRIO 1350 20000 103 .90 T-5

28 SLIMLINE BLANCO

FRIO 2900 20000 103 .94 T-5

31 “U” 5/8 BLANCO

FRIO 2800 20000 90 .90 T-8

78

7.-Cálculo del número de luminarias.

018.778.3561

25000

89.069.029002

510500

f

SEN ó

mLL

T

nnN

Al comprobar los resultados se tiene que con 7 luminarias el nivel de iluminación es de

498 lux, si aumentamos a 8 lámparas se obtiene 569.88 lux.

8.-Emplazamiento de las luminarias

Una vez que hemos calculado el número mínimo de lámparas y luminarias

procederemos a distribuirlas sobre la planta del local (ver tabla 21).

2510

8

argAncho

oL

NN Total

ancho

45

102

argarg

Ancho

oLNN anchiol

Tabla 22 Emplazamiento de las luminarias

Ancho

N luminarias 2

Separación (m) 5/2 = 2.5

Separación de las paredes (m) 2.5/2 = 1.25

Largo

N luminarias 4

Separación (m) 10/4 =2.5

Separación de las paredes (m) 2.5/2 = 1.25

Altura de montaje 2.5

Separación máxima entre luminarias (m)

1.6· hm = (1.6)(2.5)= 4

Cumple los criterios SI

Número total de luminarias 2·4 = 8

79

9.-Comprobación de los resultados

Por último, nos queda comprobar la validez de los resultados mirando si la iluminancia

media obtenida en la instalación diseñada es igual o superior a la recomendada en las tablas.

88.569510

89.069.0290028tabla

mLm E

S

fnE lux

A nivel del plano de trabajo, la iluminancia total será: Em = 569.88 lux

La distribución final de las luminarias se muestra en el dibujo 23.

80




Poza Rica ver.

Factor de degradación

de la luminaria por

suciedad, categoría V

Elaborado por:




CATEGORÍA V

MESES

CLASIFICACION

MUY LIMPIO

LIMPIO

MEDIO

LIMPIO

MUY SUCIO

81




Poza Rica ver.

Distribución final de las

luminarias

Elaborado por:




1.25

1.25

2.5

1.25 2.5 2.5 2.5 1.25

82

2.5 SISTEMA DE FUERZA

El sistema de fuerza lo conforman los equipos que requieren una mayor

demanda de energía eléctrica. En el edificio del SNTE, se instalaran motores ( equipo de

bombeo ), así como equipos de aire acondicionado los cuales contribuyen para satisfacer las

necesidades que requiera el edificio y con esto poder brindar un mejor servicio.

Los motores incluidos accionan a las bombas, bombas de servicios auxiliares y equipos de aire

acondicionado.

En el sistema de fuerza se deben considerar las cargas futuras, las cuáles se deben incluir en

toda instalación eléctrica, para cuando se necesite instalar algún motor o equipo de aire

acondicionado, esto no afecte dicha instalación.

83

2.5.1 AIRE ACONDICIONADO.

Los equipos de aire acondicionado con los que contara el edificio del S. N. T. E. de la sección

32 son del tipo minisplit y paquete; los cuales se encuentran instalados en toda la

infraestructura del edificio, brindando así un mayor confort al personal que ahí se encuentre.

Las capacidades de los equipos de aire acondicionado a utilizar difieren dependiendo de las

dimensiones del local a ambientizar.

A continuación se menciona el equipo instalado en el edificio del S.N.T.E

Edificio principal.......................5 equipos de 1 tonelada c.u. del tipo minisplit

2 equipos de 1.5 toneladas c.u del tipo minisplit

2 equipo de 2 toneladas del tipo minisplit.

3 equipo de 4 toneladas del tipo minisplit.

salón de usos múltiples.............3 paquetes de aire acondicionado de 20 Ton. c/u.

84

2.5.2 SISTEMA DE BOMBEO

El edificio del S. N. T. E. Se abastecerá de agua para todos sus servicios mediante la

perforación de un pozo de agua subterráneo, en el cual se instalara en su interior una bomba del

tipo sumergible en acero inoxidable.

Para seleccionar la capacidad de la bomba se necesita tener conocimiento de los siguientes

datos :

1.- Volumen .- es la cantidad de agua que se extrae del pozo para ser depositada en una

cisterna , este se mide en metros cúbicos, galones por minutos, litros.

2.- Tiempo.- es el tiempo que tardara la bomba en llenar la cisterna.

3.- Altura.- es la distancia que se considera entre la succión y la descarga de la bomba.

El consumo diario de agua del edificio se estimo haciendo las siguientes consideraciones :

1. El consumo diario por persona es de 100 litros.

2. El consumo por persona en un salón de fiesta es de 150 litros.

( según datos del reglamento de ingeniería sanitaria )

Edificio principal.

Considerando un total de 250 personas el agua requerida será la siguiente:

V = No. De personas x ( consumo de agua por persona en el edificio).

V = 250 x ( 150 ) =37,500 lts. =37,500 lts lts 1000

m 1 3

= 37.5 m3

Salón de usos múltiples.

Esta sala será principalmente ocupada para eventos sociales con una capacidad máxima de

500 personas. El consumo de agua promedio de este salón será :

V= No. De personas x ( consumo de agua por persona en salón de fiesta ).

V= 500 x ( 150 ) = 75,000 lts 3

3

m 75 lts 1000

m 1

85

Considerando un tiempo de trabajo de la bomba sea de 6 horas, se puede obtener el flujo de la

misma de la siguiente manera :

Q = t

V

V = 112.5 m3

T = 6 hrs

Para seleccionar la capacidad de la bomba es necesario convertir el volumen en galones y el

tiempo en minutos, y así poder consultar el dibujo que nos representa la curva de rendimiento

en bombas sumergibles de grundfos y así poder seleccionar la capacidad adecuada de la bomba

sumergible, haciendo la conversión se tiene que :

Gal. 29722.58 785.3

Gal 1

m 1

lts 1000m 112.5 V

3

3

lts

V = hrs 1

min 60 hrs 6 min 360

Por lo tanto el caudal será :

t

V Q

min

Gal 82.56

min 360

Gal 29722.58 Q

estimando que la profundidad del pozo es de 40 ft, se determina la capacidad de la bomba

sumergible consultando la grafica del dibujo 24.

Dando como resultado una bomba de 2 Hp. Con un rango de flujo que fluctúa entre 50 y 75

GPM,que se selecciona utilizando la grafica del dibujo 25.

Esta bomba de 2hp tendrá un consumo en Kw. de:

2 Hp. Kw 1.492 Hp 1

Kw 0.746

86

BOMBA DE SERVICIOS AUXILIARES

La selección de la bomba de servicios auxiliares para el edificio del S. N. T. E. Sección 32,

debe de tomar en cuenta la cantidad de agua requerida, así como también el tiempo de bombeo.

Este equipo tiene como función suministrar agua al tanque elevado que abastecerá al edificio

principal así como del salón de usos múltiples.

El edificio contara con una bomba sumergible instalada en la cisterna con una potencia de 2

Hp teniendo un consumo en Kw. de :

Kw. 1.492 Hp 1

Kw 0.746 H.P 2

87

BOMBA DE CONTRAINCENDIO

Una bomba de contra incendio es un sistema de refuerzo especializado que cumple con

las especificaciones de diseño establecidos por la National FIRE Protección Association para

este tipo de equipo.

Para la mayoría de las aplicaciones se prefiere la bomba de arreglo horizontal de

carcaza partida con doble succión y de un solo paso.

La Asociación Nacional de Protección Contra incendio, publica una información que

establece los requisitos mínimos para bombas centrífugas contra incendios; se debe examinar

cuidadosamente bajo las condiciones con las que se va a instalar y a operar antes de comprar

una bomba centrífuga contra incendios, debe aprobarse el sistema completo, incluyendo la

fuente de poder, el equipo de control y el suministro de agua.

La asociación Nacional de Protección Contra Incendios requiere que la bomba, la

unidad motriz y todos los accesorios necesarios se compren bajo un contrato unitario que

estipule el cumplimiento satisfactorio de la unidad completa cuando este instalada.

El fabricante de la bomba es el responsable de la operación adecuada, del ensamble

completo de la unidad según resulte de las pruebas de aceptación.

En el edificio del SNTE sección 32 en Poza Rica, ver., se tendrá un sistema de 2

hidrantes distribuidos estratégicamente en toda el área del mismo.

La bomba seleccionada para este sistema es de 10 HP para la bomba electrica y 18 HP

para la bomba de combustión interna.

KW 7.46 HP 1

KW 0.746 H.P 10

88

6.0mt 2.0mt

6.0mt

40 ft.

Bomba de 2 HP




Poza Rica ver.

Grafica de cisterna y

colocación de bomba de

pozo profundo.

Elaborado por:



Poza Rica Ver. Fecha: 20/11/03 Dibujo No.24

89




Poza Rica ver.

Curva De Rendimiento

GRUNDFOS

Elaborado por:



Poza Rica Ver. Fecha: 20/11/03 Dibujo No.25

90

2.6 ANÁLISIS DE CARGA Y SUBESTACIÓN

El fin de este análisis es obtener como resultado la capacidad de la(s) subestación(es)

que abastecerán satisfactoriamente la demanda de energía eléctrica de las oficinas

administrativas del S.N.T.E. Sección 32, así como también las futuras ampliaciones del mismo.

Para el desarrollo de este análisis es necesario desglosar la carga conectada de cada

inmueble donde requiera energía eléctrica y posteriormente obtener la demanda total de las

oficinas administrativas del S.N.T.E. Sección 32. Este análisis se realiza de la siguiente

manera:

OFICINAS PRINCIPALES

Alumbrado

Numero total de LF de 2X28w = 72

Numero total de LF de 32w =9


Numero total de LI de 75w =6

Numero total de LH de 50w = 34

Numero total de VS de 400 w = 4

CA = (N x w)

Donde :

N = numero total de lámparas

LF = lámparas fluorescentes

LI = lámparas incandescentes

LH = lámparas halógenas

VS = lámpara de vapor de sodio

CA = carga de alumbrado

w = potencia de lámparas

La carga total se calcula sumando las cargas de las lámparas, para lámparas de descarga sumar

el 25% de la carga por reactancia.

Sustituyendo se tiene que:

CA = 450 + (4032 + 288 + 78 + 1700 + 1600)x1.25 = 10072.5 w

91

Tomas de corriente

Numero total de CS de 250w = 55

CTC = CS x W

Donde:

CS = contactos sencillos

W = consumo estimado por contacto

CTC = carga de tomas de corriente


CTC = 55 x 250 = 13750

Aire acondicionado

Numero total de AA de 1 TR de 1000w = 5

Numero total de AA de 1.5 TR de 1310w= 2

Numero total de AA de 2 TR de 1720w = 3

Numero total de AA de 4 TR de 5389 = 4

CAA = (N x w)

Donde:

AA = Aire acondicionado

CAA = carga de aire acondicionado

N = numero total de equipos de AA


CAA = (5000+2620+5160+21556) = 34336w

El consumo total de carga en este inmueble se obtiene de la siguiente manera:

CTOP = CA + CTC + CAA

Donde:

CA = Carga de alumbrado

CTC = Carga de tomas de corriente

CAA = Carga de aire acondicionado

CTOP = Carga total de oficinas principales.


CTOP = 10072.5+ 13750 + 34336 = 58158.5w = 58.1 Kw

92

SALON DE USOS MULTIPLES

Alumbrado

Numero total de LF de 2X28w = 64

Numero total de LF de 32w = 9


Numero total de AII de 50w =17

Numero total de LH de 50w = 12

Numero total de VS de 400 w = 3

CA = (N x w)

Donde :

N = numero total de lámparas

LF = lámparas fluorescentes

LI = lámparas incandescentes

LH = lámparas halógenas

VS = lámpara de vapor de sodio

CA = carga de alumbrado

AII = Arbotante incandescente interior

w = potencia de lámparas

La carga total se calcula sumando las cargas de las lámparas, para lámparas de descarga

sumar el 25% de la carga por reactancia.


CA = 850 + (3584 + 288 + 143 + 1200 + 600)x1.25 = 8118.75w

Tomas de corriente

Numero total de CS de 250w = 26

CTC = CS x W

Donde:

CS = contactos sencillos

W = consumo estimado por contacto

CTC = carga de tomas de corriente


CTC = 26 x 250 = 6500

93

Aire acondicionado

Numero total de AA de 4 TR de 5389 = 1

Numero total de AA de paquete de 20 TR de 22000w = 3

CAA = (AA x w)

Donde:

AA = Aire acondicionado

CAA = carga de aire acondicionado


CAA = (5389+66000) = 71389w

El consumo total de carga en este inmueble se obtiene de la siguiente manera:

CTSUM = CA + CTC + CAA

Donde:

CA = Carga de alumbrado

CTC = Carga de tomas de corriente

CAA = Carga de aire acondicionado

CTSUM = Carga total del salón de usos múltiples


CTSUM = 8118.75 + 6500 + 71389 =86006.75 w=86 Kw

MOTORES

En las instalaciones se cuenta con 2 bombas sumergibles de 2 hp y 1 bomba del equipo

contra incendio de 10hp.

Total de Hp = 14

1Hp = 0.746 Kw

CTM = Hp x 0.746

Donde:

CTM = Carga total de motores

Sustituyendo:

CTM = 14 x 0.746Kw = 10.444 Kw

94

Para obtener la carga total que consumirán las instalaciones, se suman las cargas de

cada inmueble quedando de la siguiente forma:

CTOP = Carga total de oficinas principales = 8118.75w

CTSUM = Carga total del salón de usos múltiples = 86007.75 Kw

CTM = Carga total de motores = 10.444 Kw

CTE = CTOP + CTSUM + CTM

Donde:

CTE = Carga total del edificio

CTE = 58158.5w + 86007.75 + 10.444 kw = 154610.25 w =154.6 kw

Considerando que la carga se utilizara al 70 % (factor de utilización .7) se tiene que:

CTE = 154.6 x .7 = 108.2 kw

Considerando un factor de potencia del 90 % se tiene que:

CTE = 108.2/0.9 =120.25 KVA

Para obtener la capacidad de o de los transformadores, es necesario el calculo de los

KVAS que se requieren para satisfacer las necesidades del edificio mas un 25% por cargas a

futuro, de lo cual se tiene que:

Capacidad de la subestación = (114/0.9) x 1.25 = 153.31 KVA

De acuerdo con lo anterior la carga será suministrada por un transformador de 150

KVA.

La especificación técnica de los transformadores será:

KVA 150

AT volts 13200

BT volts 220 – 127

Ciclos 60

Fases 3

Imp. A 75 C 3.7 %

Para operas a 2000 MSNM

Serie 91052 – 5

LTS. De aceite 700

Peso total 1850

Aut. Sic DGEN 1127

95

Datos de placa del cambiador.

Alta tensión Posición Conecta

13530 A 1 con 2

13200 B 2 con 3

12870 C 3con 4

12540 D 4 con 5

12210 E 5 con 6

96




Poza Rica ver.

Cuadro de Cargas

Elaborado por:



Poza Rica Ver. Fecha: 20/11/03 Dibujo s/n

CU

AD

RO

DE

CA

RG

A

TA

BL

ER

O

PR

INC

IPA

L

FA

SE

A

(

w )

FA

SE

B

(

w )

FA

SE

C

(W

)

CA

RG

A

TO

TA

L

(

w )

I N

OM

INA

L

( A

MP

)

IN

TE

RR

UP

TO

R

( A

MP

)

OF

ICIN

A

PR

INC

IPA

L

SA

LO

N

US

OS

MU

LT

IPL

ES

CL

IMA

PA

QU

ET

E

EQ

UIP

O

BO

MB

EO

TO

TA

L

19

488

.5

67

24

22

000

44

76

52

688

19

611

67

14

22

000

14

92

49

817

19

059

65

68

.5

22

000

44

76

52

103

58

158

.5

20

006

.5

66

000

10

444

15

460

9

10

0

40

50

0

22

5

20

0

50

0

78

25

4

97

SUBESTACIÓN

Con este nombre se le conoce a la sección, departamento o local de una empresa que

requiere para su servicio eléctrico un suministro por parte de la C.F.E., la energía con un

voltaje adecuado y superior a los 750 volts. La subestación pueden ser de diferentes tipos:

a) subestación de alta tensión intemperie.

b) Subestación de alta tensión interior tipo abierto.

c) Subestación de alta tensión tipo cerrado o compactas.

Todas estas subestaciones constan de las siguientes secciones:

1.- entrada de corriente de la C.F.E. por medio de conductores apropiados y mufas, en la

cual se alojan las conexiones de los cables rellenos de una pasta especial, llamada compaund

que sirve para protegerlas de las inclemencias del tiempo.

2.-la instalación del equipo de medición de C.F.E. cuyas componentes son de diferentes

tipos, utilizándose en la actualidad el equipo compacto de medición.

3.-selección de comprobación en la cual se alojan los juegos de cuchillas

desconectadoras que sirven para que tanto C.F.E. como los inspectores de la dirección general

de electricidad verifiquen comprobaciones del servicio eléctrico de alta tensión.

4.- sección en la cual se aloja un interruptor de alta intensidad.

5.-sección para colocar el transformador o transformadores que alimentan el servicio.

6.- sección destinada al interruptor de baja tensión, ver dibujo 9

Tipo de subestación utilizada.

El tipo de subestación que se utilizara en este proyecto será la subestación tipo cerrada

ó compacta. Debido a la siguiente razón:

Por ser un edificio implicaría un alto riesgo al construir una subestación tipo intemperie;

además por ser tipo intemperie el transformador y los conductores en baja y alta tensión estarán

visibles el cual daría un mal aspecto a las instalaciones de este centro. En el caso de la

subestación de alta tensión interior de tipo abierto se necesitara un departamento o local

especial para alojamiento del mismo, ocupando con ello un gran espacio que podría ser

designado como área verde. Por tales razones se decidió por una subestación de alta tensión

tipo cerrada o compacta debido a que ocupa poca área por las características de ser compacta.

98

2.6.1 SELECCIÓN DE ALIMENTADORES PRINCIPALES

La alimentación del inmueble del S.N.T.E. sección 32 en Poza Rica en alta tensión será

trifásica a tres hilos (3F - 3H), el sistema será híbrido el cual operara en forma radial a un

voltaje de 13.2 KV.

Dentro del inmueble el sistema será subterráneo trifásico a 3 hilos (3F - 3H), con un

transformador tipo subestación es 150 KVA. La selección del conductor aéreo es ACSR calibre

2/0, para cada fase y la selección del alimentador primario subterráneo se efectúa bajo el

criterio de corto circuito.

Calculo de conductores por corto circuito.

En este punto solo intervienen las características del conductor y las condiciones de

falla.

La capacidad de corto circuito es proporcionada por la compañía suministradora (CFE)

con un valor de 2826 amp. Simétricos.

Considerando un factor de asimetría de 1.6:

Icc Asim=1.6 x 2826 = 4521.6 amp. Asim.

El área de la sección transversal del conductor que puede transportar esta corriente sin

sufrir daño alguno se determina mediante la formula:

t

T T

T T logK

IA

1

2

cc

Datos:

A = área de la sección transversal del conductor en circularmils.

Icc Asim.= 4521.6

K= 0.0125

T=228 oC

T1= 90 oC

T2= 250 oC

t = 8 ciclos = 0.1333 seg.

99

.. 12813

1333.0

22890

228250log 0125.0

6.4521

t

T T

T T logK

IA

1

2

cc MC

Consultando la tabla 4.1 se tiene que para un valor de 12813 C.M. se obtiene un calibre

No. 10 (13465 C.M.), considerando que en cables de energía vulcanel 2000 EPR 15 kv el

calibre 10 no se fabrica, se utilizara el calibre mínimo que es el No. 2 AWG(85.185 C.M.)

ALIMENTADORES SECUNDARIOS.

El sistema secundario de S.N.T.E. sección 32 en Poza Rica comprende a todos los

alimentadores que estén conectados en el lado de baja tensión en los transformadores; dentro de

los cuales se distinguen dos tipos:

Alimentadores a centros de carga o tableros de distribución y control.

Alimentadores a motores o lámparas.

Alimentadores a centros de carga o tableros de distribución y control.

Se determinan conforme a lo siguiente:

Por capacidad de conducción (ampacidad)

Por agrupamiento

Por temperatura

Por caída de tensión

100

SISTEMA MONOFASICO A DOS HILOS, (fase y neutro), (1 - 2H)

Se utiliza en instalaciones eléctricas de alumbrado y contactos sencillos (para aparatos

pequeños), cuando todas las cargas parciales son monofásicas y la carga total instalada no es

mayor de 400 Watts. Que multiplicado por un factor de demanda del 60% según lo establecido

en las tarifas generales de electricidad en vigor, se obtiene una demanda máxima aproximada

de 4000 x 0.6 = 2400 watts, cuyo valor queda dentro de lo que marca el reglamento de Obras e

Instalaciones Eléctricas que recomienda:

Para circuitos derivados o servicios particulares de alumbrado y contactos sencillos

(para circuitos pequeños, alimentados con un hilo de corriente y un hilo neutro, considerar una

carga no mayor de 2500 watts (ver dibujo No. 26-a).

W = EI --- watts: esta formula en corriente alterna (C.A.) sólo nos da la potencia aparente o de

linea y la potencia real siempre y cuando se tenga en el circuito carga 100 % resistiva. Como se

trata de indicar la formula general, abarcando combinaciones de los tres tipos de cargas

eléctricas que son: carga resistiva, carga inductiva y capacitiva, en ella incluiremos el factor de

potencia o cos

W = En I cos ---------------- (1)

El calibre de los conductores por corriente se encuentra despejando I de la ecuación (1).

cosEn

WI ----------------- (2)

POR CAIDA DE TENSIÓN

e = 2RI (por ser ida y retorno)

S

IL

S

ILI

S

LI

S

Le

25

50

2

50

122

S

ILe

25

; caída de tensión entre fase y neutro --------------- (3)

En S

I L 4100

25

100%

EnS

IL

Enee -------------------------------- (4)

e%En

I L 4S ------------------------------------------------------- (5)

101

SISTEMA MONOFASICO A TRES HILOS, (2 fases y 1 neutro), (1 - 3H).

Para instalaciones eléctricas de alumbrado y contactos sencillos (para aparatos

pequeños), cuando todas las cargas son monofásicas y la carga total instalada es mayor de 4000

watts, pero que no sobrepase los 8000 watts, cuyo valor multiplicado por el factor de demanda

establecido de 0.6, se obtiene una demanda máxima aproximada de 8000 x 0.6 = 4800 watts,

que repartido en los circuitos derivados, corresponde a 4200 watts a cada uno.

Si se observa detenidamente al diagrama del dibujo No. 26-b, realmente se trata de dos

sistemas monofásicos a dos hilos.

W = 2 En I cos -------------------------------------------------- (1)

POR CORRIENTE

CosEn 2

WI ------------------------------------------------------ (2)

Como la carga total conectada en realidad se reparte en dos sistemas monofásicos a dos

hilos, la corriente y en consecuencia la caída de tensión es exactamente la mitad con respecto al

sistema elemental de fase y neutro.

S

ILI

S

LI

S

Le

50

50

1I R --------------------------- (3)

S 50

I L 2100

50

L100%

EnS

I

Enee ------------------------------- (4)

e%En

I L 2S -------------------------------------------------------(5)

Como se trata de un sistema que en realidad es difícil de balancear 100%, en un

momento todo el neutro trabaja como fase o hilo de corriente, transportando 1.4142 veces la

corriente eficaz por fase. Por lo anterior, es recomendable que cuando se trabajan dos fases con

neutro común, al neutro se le considera mayor área que los hilos de corriente por lo menos en

un calibre.

Para entender lo anterior, hay necesidad de tener presente que los aparatos de medición

en corriente alterna (C.A.) no indican valores máximos ni valores promedios de las ondas

sinusoidales de tensión, corriente o potencia, sino que indican el valor eficaz de las mismas,

siendo 0.7071 del valor máximo, por lo tanto, 0.7071 x 2 =1.4142.

102

SISTEMA TRIFASICO A TRES HILOS; (3 fases), (3 )

Sistema utilizado en los siguientes casos:

1.- En instalaciones eléctricas en las que se dispone únicamente de cargas trifásicas,

independientemente de la carga total instalada.

2.- En instalaciones generales o derivadas que proporcionan la energía eléctrica a cargas

trifásicas.

3.- Para suministrar energía a instalaciones eléctricas con servicio contratado en alta

tensión.

4.- En redes de distribución primaria, a tensiones de 13,000 o de 20,000 volts entre

fases.

5.- En líneas de transmisión a tensiones entre fases mayores de 20,000 volts, (ver dibujo

27-a).

POR CORRIENTE

W = 3 En I cos ----------------------------------------------- (1)

Cos Ef 3

WI -------------------------------------------------(2)

Sistema aplicado, cuando todas las cargas parciales son trifásicas, pero dividido en dos

casos específicos.

1.- Cuando las cargas parciales son 100% resistivas, como resistencias de secadores,

hornos eléctricos, el factor de potencia o cos = 1, en consecuencia las formulas 1 y 2 quedan:

W = 3 En I ------------------------------------------------------ (1´)

Ef 3

WI --------------------------------------------------------- (2´)

103

2.- Cuando las cargas parciales son inductivas como motores eléctricos en su

generalidad y dispositivos o equipos fabricados con bobinas, hay necesidad de incluir, además

del factor de potencia o cos , la eficiencia N promedio de los motores, en un valor nunca

mayor de 0.85.

W = 3 Ef I cos N-------------------------------------------- (1”)

N Cos Ef 3

WI ----------------------------------------------- (2”)

POR CAIDA DE TENSIÓN

Para el sistema trifásico a 3 hilos, se tiene que la corriente de línea IL = 3 I de fase,

en consecuencia:

S 50

I 3

50

133I R 3I 3

LI

S

LI

S

LRef

S 50

I L 3ef ------------------------------------------------------ (3)

Ef S

I 3 2100

S 50

I L 3100%

L

EfEfefe ------------------------ (4)

Ef

I L 3 2S pero, EnEf 3

e%En

I L 2

e%En 3

I L 3 2S ---------------------------------------- (5)

Este sistema 3 a 3 hilos es balanceado, por lo que se considera exactamente la misma

corriente por conductor.

104

SISTEMA TRIFASICO A CUATRO HILOS, (3 fases y un Neutro), (3 - 4H).

Este sistema se utiliza en los siguientes casos:

1.- En instalaciones eléctricas de alumbrado y contactos sencillos, cuando todas las

cargas parciales son monofásicas, y la total instalada es mayor de 8000 watts.

2.- Cuando se tienen tanto cargas monofásicas como cargas trifásicas,

independientemente del valor de la carga total instalada.

3.- En redes de distribución secundarias a tensiones de 220 volts ente fases 127.5 volts,

entre fase y neutro, este ultimo valor conocido como 110 volts.

Tratándose de un sistema trifásico a cuatro hilos (3 - 4h) que se considera 100%

balanceado, en el neutro se toma una intensidad de corriente igual con cero (In = 0), además de

el dibujo 27-b se desprende que en realidad son 3 sistemas monofásicos a dos hilos.

W = 3 En I cos = 3 Ef I cos ----------------------------- (1)

Cos Ef 3 Cos Ef 3

WWI ------------------------------- (2)

Para cuando se tienen cargas de alumbrado y contactos, motores monofásicos y

trifásicos, en la formula 1 y 2 se debe hacer intervenir a la eficiencia N, considerando un

máximo valor promedio de N = 0.85 o menor, el cual estará determinado por las características

de las cargas parciales.

W = 3 Ef I cos N---------------------------------------------- (1´)

Cos Ef 3 N

WI --------------------------------------------- (2´)

Cuando no se da el factor de potencia (f.p.) o cos como dato, se supone un valor

normalmente de 0.85, ya que en ningún caso la carga total instalada es puramente resistiva.

POR CAIDA DE TENSION

S 50

I L 3ef Ver formula (3) sistema 3 - 3h.

Ef S

I 3 2

S 50

I L 3100100%

L

Efef

Efe ------------------------ (4)

105

pero, EnEf 3 , por lo tanto:

e%En

I L 2S ---------------------------------------- (5)

Para el calculo de cualquier alimentador según las necesidades es necesario consultar

las tablas 23, 24, 25, 26, 27 28 29.

106

CALCULO DEL ALIMENTADOR PRINCIPAL PARA LAS OFICINAS

Para desarrollar el calculo del alimentador es necesario conocer los siguientes datos.

a) Carga total de las oficinas = 57.8 KW

b) Longitud del alimentador = 27 m.

c) Voltaje entre fases (Ef) = 220 V.

d) Voltaje entre fase y neutro (En) = 127.5 V.

e) factor de potencia = 0.85

f) Factor de utilización (fu) = 0.70

Calculo de alimentador por capacidad de conducción (ampacidad).

1.- Calculo de la corriente, la corriente se determina de acuerdo con la siguiente

formula:

amp. 45.17885.2203

10008.57

.. 3

1000

pfEf

kwI

Corrigiendo la corriente por el factor de utilización se obtiene que:

Icorr = I x fu = 178.45 x 0.7 = 124.9 amp

2).- Selección del conductor por capacidad de conducción, de acuerdo a la tabla de

capacidad de corriente promedio de los conductores (tabla 23) que relaciona las capacidades

de conducción y considerando que el aislador del conductor será THW se tiene que para

conducir una corriente de 124.9 amps. Se puede seleccionar un conductor calibre 1/0 cuya

capacidad de conducción es de 155 amps. y también se puede encontrar el diámetro de la

canalización, haciendo la suma de las áreas de los cables (fases y neutro, ver tabla 29) y

consultando la tabla No. 27 se puede encontrar el diámetro de la tubería utilizando el 40% del

área de la misma.

Así de esta forma se calculan los calibres de conductores para los circuitos derivados, y

para un calculo de mayor exactitud se deben tomar en consideración los siguientes factores:

Temperatura

Agrupamiento

Caída de tensión

Para el calculo del calibre por temperatura se multiplica la capacidad de corriente por el

factor de temperatura ambiente a 40 °C que es 1.14 (tabla 25).

Ict = Icorr x ft = 124.9 x 1.14 = 142.3 amp.

Por agrupamiento el factor es uno (según tabla 25) por tal razón no altera la corriente

del conductor.

107

Ica = Ict x fa = 142.3 x 1 = 142.3 amp.

Por caída de tensión para un calibre 1/0 se tiene:

%85.43.70127

3.142272

SEn

I L 2e%

S se obtiene de la tabla 29.

Como la caída de tensión no rebasa el 3% (según tabla 28) el calibre del alimentador

será 1/0.

Como los sistemas trifásicos a cuatro hilos, son balanceados y por el hilo neutro no

circula corriente alguna, se puede disminuir el calibre de un hilo por lo menos en un calibre,

quedando 3 del 1/0 para hilos de corriente o de fase y un calibre 2 para el hilo del neutro.

Para obtener el diámetro de la tubería es necesario calcular el área total de los cuatro

conductores, esto se logra sumando el área de cada uno de ellos (Ver tabla 29).

3 conductores 1/0 = 431.97 mm2

1 conductor No. 2 = 89.42 mm2

Total = 521.39 mm2

Se observa en la tabla 27, que para alojar cuatro conductores eléctricos que ocupan un

área total con todo y aislamiento = 521.39 mm2, se necesita un diámetro de tubería conduid

pared delgada de 1 1/2" (38 mm) de la cual se pueden ocupar hasta 532 mm2.

108

2.6.2 ALIMENTADORES A MOTORES

A manera de ejemplo se presenta el calculo correspondiente a la selección del

alimentador del motor de la bomba de contra incendio cuya potencia es de 10 HP.

a) Potencia del motor = 10Hp

b) Longitud del alimentador = 26 m.

c) Voltaje nominal =220 V

d) Factor de potencia = 0.9

e)Eficiencia = 0.8



formula:

amp. 22.279.8.2203

74610

.. 3

746

pfEf

hpI

2.- Selección del conductor por capacidad de conducción de acuerdo con la tabla de

capacidad de corriente promedio de los conductores (tabla 24) que relaciona las capacidades de

conducción y considerando que el aislamiento del conductor será THW se tiene que para

conducir una corriente de 27.22 amps. Se puede seleccionar un conductor calibre 12 cuya

capacidad de conducción es de 30 amps. Y también se puede encontrar el diámetro de la

canalización, haciendo la suma de las áreas de los cables (fases, ver tabla 29) y consultando la

tabla No. 27 se puede encontrar el diámetro de la tubería utilizando el 40% del área de la

misma.

La selección de los calibres de los circuitos derivados utilizados para alimentar motores,

se consideran los siguientes aspectos:

Efecto de arranque (1.25)

Temperatura

Agrupamiento

Caída de tensión


factor de temperatura ambiente a 40 °C que es 1.14 (tabla 25) por el efecto de arranque.

Ict = I x ft = 27.22 x 1.14 x 1.25 = 38 amp.

109

De acuerdo con el resultado anterior para una capacidad de conducción de 38 amp.

(según tabla 24) se utiliza calibre 10 que conduce hasta 40 amp.


del conductor.

Ica = Ict x fa = 38.7 x 1 = 38.7 amp.

Por caída de tensión para un calibre 10 se tiene:


%3.283.6127

7.38262

SEn

I L 2e% Como la caída de tensión no rebasa el 4% (según tabla 28)

el calibre del alimentador será 10.

Para obtener el diámetro de la tubería es necesario calcular el área total de los 3

conductores, esto se logra sumando el área de cada uno de ellos. Ver tabla 29.

Como los sistemas monofásico a 3 hilos, no son fáciles de balancear 100% y en un

momento dado el neutro trabaja como fase, se puede aumentar el área del neutro por lo menos

en un calibre, quedando 2 del 10 para hilos de corriente o de fase y un calibre 8 para el hilo del

neutro.

2 conductores calibre 10 = 32.80 mm2

1 conductor calibre 8 = 29.70 mm2

Area total = 62.5 mm2

Se observa en la tabla 27, que para alojar 3 conductores eléctricos que ocupan un área

total con todo y aislamiento = 62.5 mm2, se necesita un diámetro de tubería conduit pared

delgada de 1/2" (13 mm) de la cual se pueden ocupar hasta 78 mm2.

110

2.6.3 ALIMENTADORES A TABLEROS DE ALUMBRADO

Para el calculo del alimentador a tableros de alumbrado se procederá de la siguiente forma:

a) Carga de alumbrado = 23.118 Kw

b) Longitud del alimentador = 0

c) Voltaje entre fases (Ef) = 220

d) Voltaje entre fase y neutro (En) = 127.5

e) factor de potencia = 0.85

f) Factor de utilización (fu) = 0.7



formula:

amp. 3.7185.2203

1000118.23

.. 3

1000

pfEf

kwI

Corrigiendo la corriente por el factor de utilización se obtiene que:

Icorr = I x fu = 71.3 x 0.7 = 50 amp.

2).- Selección del conductor por capacidad de conducción promedio de los conductores

(tabla 24) que relaciona las capacidades de conducción y considerando que el aislador del

conductor será THW se tiene que para conducir una corriente de 50 amps. Se puede seleccionar

un conductor calibre 6 cuya capacidad de conducción es de 70 amps. y también se puede

encontrar el diámetro de la canalización, haciendo la suma de las áreas de los cables (fases y

neutro, ver tabla 29) y consultando la tabla No. 27 se puede encontrar el diámetro de la tubería

utilizando el 40% del área de la misma.

Así de esta forma se calculan los calibres de conductores para los circuitos derivados, y

para un calculo de mayor exactitud se deben tomar en consideración los siguientes factores:

Temperatura

Agrupamiento

Caída de tensión


factor de temperatura ambiente a 40 °C que es 1.14 (tabla 25).

Ict = Icorr x ft = 50.4 x 1.14 = 57.45 amp.

111


del conductor.

Ica = Ict x fa = 57.45 x 1 = 57.45 amp.

Por caída de tensión para un calibre 6 se tiene:

%07.12127

45.5712

SEn

I L 2e%


Como la caída de tensión no rebasa el 3% (según tabla 28) el calibre del alimentador será 6.

Como los sistemas trifásicos a cuatro hilos, son balanceados y por el hilo neutro no

circula corriente alguna, se puede disminuir el calibre de un hilo por lo menos en un calibre,

quedando 3 del No. 6 para hilos de corriente o de fase y un calibre 8 para el hilo del neutro.

Para obtener el diámetro de la tubería es necesario calcular el área total de los cuatro

conductores, esto se logra sumando el área de cada uno de ellos. Ver tabla 29.

3 conductores calibre 6 = 147.78 mm2

1 conductor calibre 8 = 29.70 mm2

Total = 177.48 mm

2

Se observa en la tabla 27, que para alojar cuatro conductores eléctricos que ocupan un

área total con todo y aislamiento = 177.48 mm2, se necesita un diámetro de tubería conduit

pared delgada de 1" (25 mm) de la cual se pueden ocupar hasta 220 mm2.

112

Tabla 23

DIAMETRO Y AREA DEL COBRE SEGÚN EL CALIBRE DE LOS

CONDUCTORES

Calibre AWG o

M.C.M.

Diámetro

del cobre

en mm.

Area del cobre Diámetro total con

aislamiento

mm2

C.M. TW

THW

VINANEL

900

VINANEL

NYLON

lam

bre

s 14 1.63 2.08 4098 3.25 2.74

12 2.05 3.30 6502 3.68 3.17

10 2.59 5.27 10380 4.22 3.96

8 3.26 8.35 16443 5.72 5.19

cable

s

14 1.84 2.66 5238 3.48 2.96

12 2.32 4.23 8328 3.96 3.44

10 2.95 6.83 13465 4.57 4.32

8 3.71 10.81 21296 6.15 5.64

6 3.91 12.00 23654 7.92 6.60

4 5.89 27.24 53677 9.14 8.38

2 7.42 43.24 85185 10.67 9.91

0 9.47 70.43 138758 13.54 12.54

00 10.64 88.91 175162 14.70 13.71

000 11.94 111.97 220580 16.00 15.00

0000 13.41 141.23 278237 17.48 16.40

250 14.61 167.65 330261 19.50 18.24

300 16.00 201.06 396088 20.90 19.63

400 18.49 268.51 528970 23.40 22.12

500 20.65 334.91 659777 25.60 24.28

113

Tabla 24

CAPACIDAD DE CORRIENTE PROMEDIO DE LOS CONDUCTORES DE 1 A 3 EN

TUBO CONDUIT (TODOS LOS HILOS A FASE) Y A LA INTEMPERIE

CALIBRE TIPO DE AISLAMIENTO A LA INTEMPERIE

AWG o M.C.M. TW THW

VINANEL-

NYLIN Y

VINANEL 900

TW

VINANEL-

NYLIN Y

VINANEL 900

THW

14 15 25 25 20 30

12 20 30 30 25 40

10 30 40 40 40 55

8 40 50 50 55 70

6 55 70 70 80 100

4 70 90 90 105 135

2 95 120 120 140 180

0 125 155 155 195 245

00 145 185 185 225 285

000 165 210 210 260 330

0000 195 235 235 300 385

250 215 270 270 340 425

300 240 300 300 375 480

350 260 325 325 420 530

400 280 360 360 455 575

500 320 405 405 515 660

TABLA 25

FACTORES DE CORRECCION

No. De conductores 1 a 3 4 a 6 7 a 9 10 a 20 21 a 30

Por agrupamiento 1.00 1.25 1.43 2.00 2.22

Por temperatura 1.14 1.22 1.33 1.49 1.72

Grados centígrado 40 C 45 C 50 C 55 C 60 C

Efecto de arranque 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25

114

Tabla 26

RESISTENCIA OHMICA Y PESO DE LOS

CONDUCTORES

CALIBRE

A.W.G.

O

M.C.M.

RESISTENCIA

OHMS/KM

A

20 °C

PESO EN KG./KM. CON

AISLAMIENTO

VINANEL

900, THW,

TW

VINANEL

NYLON

AL

AM

BR

ES

14 8.28 27 23

12 5.21 40 35

10 3.28 56 50

8 2.06 99 91

C A

B L

E S

14 8.54 30 25

12 5.31 43 38

10 3.35 63 60

8 2.06 105 98

6 1.29 170 148

4 0.81 250 237

2 0.51 380 362

0 0.32 600 568

00 0.26 740 706

000 0.20 915 877

0000 0.16 1134 1094

250 0.14 1352 1295

300 0.11 1600 1539

400 0.09 2095 2026

500 0.07 2584 2509

115

Tabla 27

DIAMETROS Y AREAS INTERIORES DE TUBOS CONDUIT Y DUCTOS CUADRADOS

DIAMETROS NOMINALES

AREA INTERIOR EN mm2

PARED DELGAD PARED GRUESA

PULGADAS mm 40% 100% 40% 100%

½ 13 78 196 96 240

¾ 19 142 356 158 392

1 25 220 551 250 624

1 ¼ 32 390 980 422 1056

1 ½ 38 532 1330 570 1424

2 51 874 2185 926 2316

2 ½ 64 ---- ---- 1375 3440

3 76 ---- ---- 2116 5290

4 102 ---- ---- 3575 8938

2 ½ x 2 ½ 65 x 65 1638 4096

4 x 4 100 x 100 4000 10000

6 x 6 150 x 150 9000 22500

TABLA 28 CAIDAS DE TENSIÓN MÁXIMAS PERMITIDAS SEGÚN EL

REGLAMENTO DE OBRAS E INSTALACIONES ELECTRICAS

SISTEMA TENSIONES

127.5 220 440

ALUMBRADO 3%

ALIMENTADORES PRINCIPALES 1% 1.27 2.2

CIRCUITOS DERIVADOS 2% 2.54 4.4

FUERZA 4%

ALIMENTADORES PRINCIPALES 3% 6.6 13.2

CIRCUITOS DERIVADOS 1% 2.2 4.4

116

Tabla 29

AREA PROMEDIO DE LOS CONDUCTORES ELECTRICOS DE COBRE SUAVE O

RECOCIDO, CON AISLAMIENTO TIPO TW, THW Y VINANEL 900

CALIBRE

AWG O

M.C.M.

AREA DEL

COBRE EN

mm2

AREA TOTAL

CON TODO Y AISLAMIENTO

mm2

AREA TOTAL DE ACUERDO AL CALIBRE Y AL NUMERO DE

CONDUCTORES ELECTRICOS, PARA SELECCIONAR EL

DIAMETRO DE LAS TUBERIAS SEGÚN LA TABLA No. 4

2 3 4 5 6

AL

AM

BR

ES

14 2.08 8.30 16.60 24.90 33.20 41.50 49.80

12 3.30 10.64 21.28 31.92 42.56 53.20 63.84

10 5.27 13.99 27.98 41.97 55.96 69.95 83.94

8 8.35 25.70 51.40 77.10 102.80 128.50 154.20

CA

BL

ES

14 2.66 9.51 19.02 28.53 38.04 47.55 57.06

12 4.23 12.32 24.64 36.96 49.28 61.60 73.92

10 6.83 16.40 32.80 49.20 65.60 82.00 98.40

8 10.81 29.70 59.40 89.10 118.80 148.50 178.20

6 12.00 49.26 98.52 147.78 197.04 246.30 295.56

4 27.24 65.61 131.22 196.83 262.40 328.05 393.66

2 43.24 89.42 178.84 268.26 357.68 447.10 536.52

0 70.43 143.99 287.98 431.97 575.96 719.95 863.94

00 88.91 169.72 339.44 509.16 678.88 848.60 1018.32

000 111.97 201.06 402.12 60.3.18 804.24 1005.30 1206.36

0000 141.23 239.98 479.96 719.94 959.92 1199.90 1439.88

250 167.65 298.65 597.30 895.95 1194.46 1493.25 1791.19

300 201.06 343.07 686.14 1029.21 1372.28 1715.35 2058.42

400 268.51 430.05 860.10 1290.15 1720.20 2150.25 2580.30

500 334.91 514.72 1029.44 1544.16 2058.88 2573.36 3088.32

117



Diseño de la instalación eléctrica del edificio del S.N.T.E. sección 32 en Poza Rica

ver.

a) sistema monofásico a dos hilos

b) sistema monofásico a tres hilos

Elaborado por:



Poza Rica Ver. Fecha: 20/11/03 Dibujo No 26

W/2

I

I

R

RF

F

W/2

I = 0En

En

NR

W En

I

R

R N

F

I

a)

b)

118

W/3

I

R

RC

A

W/3

IEf

Ef

BR

Ef

I

W/3



Diseño de la instalación eléctrica del edificio del S.N.T.E. sección 32 en Poza Rica

ver.

a) sistema trifásico a tres hilos

b) sistema trifásico a cuatro hilos

Elaborado por:




a)

W/3

I

C

A

I

Ef

Ef

B

Ef

I = 0

W/3

W/3

I

N

En

En En

b)

119

2.7 ANÁLISIS DE CORTO CIRCUITO Y SELECCIÓN DE PROTECCIONES

Un estudio muy importante que se debe considerar en el diseño y construcción de los

sistemas eléctricos, es su comportamiento en situaciones de falla, y el caso de interés, lo

representa el comportamiento en situaciones de corto circuito.

La condición normal de operación de un sistema eléctrico es sin falla, no obstante, esto

no es posible ya que no se puede evitar la presencia de fallas en las instalaciones eléctricas por

diferentes causas, muchas de estas, fuera del control humano.

El calculo de las corrientes de corto circuito en un sistema de distribución de fuerza es

de vital importancia para la selección de aparatos de protección por sobre corriente , tales como

interruptores y fusibles, ya que estos deben de aislar la parte del circuito en falla con un

mínimo de daño en los circuitos y equipo del sistema, de manera que se afecte lo menos la

continuidad del servicio eléctrico.

El corto circuito es una situación indeseable en un sistema eléctrico, pero

lamentablemente, este se puede presentar eventualmente originado por diversas causas, como

son :

Por una sobretension por descargas atmosféricas

Por fallas de aislamiento, por envejecimiento prematuro

Por alguna maniobra errónea.

Debido a estas condiciones se debe estar en posibilidad de conocer en todas las partes de

una instalación las magnitudes de las corrientes de corto circuito.

De manera general se puede mencionar que el estudio de corto circuito sirve para :

Determinar las características interruptivas de los elementos de desconexión

(interrupción), de las corrientes de corto circuito como son interruptores y fusibles de

potencia principalmente.

Realizar un estudio para la selección y coordinación de los dispositivos de protección

contra las corrientes de corto circuito.

Calcular las corrientes de corto circuito para efectos térmicos, dinámicos usados en el

diseño de sistemas de barras, tableros, cables, buses de falla aislada.

120

En relación con lo anterior, se puede observar que para cualquier instalación eléctrica,

es importante hacer un estudio de corto circuito, por lo que es necesario saber en principio que

elementos intervienen y en que forma, así como el nivel de detalle requerido en cada caso.

Un sistema eléctrico esta constituido básicamente por fuentes productoras de energía,

elementos de transformación, líneas de transmisión y redes de distribución, así como los

elementos de consumo ( cargas ) los cuales se dividen en los elementos activos ( fuentes ) y

elementos pasivos ( en general las impedancias de los distintos elementos ), es decir, se

consideran como elementos activos o fuentes suministradoras de las corrientes de corto circuito

a:

Motores sincronos

Motores de inducción

Compañía suministradora

Los elementos pasivos o alimentadores de las corriente de corto circuito son :

Impedancia de las maquinas rotatorias ( generadoras, convertidores sincronos, motores

sincronos y de inducción )

Impedancia de las líneas de transmisión, redes de distribución , transformadores y en

general todo tipo de reactores y resistencias limitadoras o fijas.

REACTANCIA DEL GENERADOR

Para efecto del calculo de corriente de corto circuito, la reactancia variable de un

generador se representa por tres valores.

X’’d = Reactancia subtransitoria

Determina el flujo de corriente durante los primeros ciclos ( hasta 10 seg. )

X’ d = Reactancia transitoria

Determina el flujo de corriente durante el lapso siguiente a aquel en que X’’d activo ( tiene

efecto entre 0.5 y 2 seg.)

X d = reactancia sincronía

Determina el flujo de corriente cuando las condiciones se han estabilizado y surge efecto

después de varios segundos de ocurrido el corto circuito. Por la razón anterior esta reactancia

no se utiliza en cálculos de corto circuito para la selección de interruptores y fusibles.

121

REACTANCIA DE MOTORES DE INDUCCION

En este tipo de motores su contribución a la corriente de corto circuito se efectúa

únicamente en los primeros ciclos después de la falla, por lo que solamente se considera para el

calculo de corto circuito su reactancia subtransitoria ( X’’d ).

COMPAÑÍA SUMINISTRADORA

Su contribución al corto circuito es constante y se representa por su impedancia referida

al punto de acometida.

CORTO CIRCUITO TRIFÁSICO

Es una falla en el aislamiento de las tres fases de un sistema trifásico, que permite que la

corriente de corto circuito circule equilibradamente en las tres líneas.

En esta situación, el voltaje generado produce una corriente cuyo valor depende de la

impedancia entre las fuentes de tensión y el punto de falla.

En la mayoría de los sistemas eléctricos, la mayor corriente de corto circuito se produce

cuando ocurre una falla trifásica, por lo cual el calculo de la misma es suficiente para la

selección de diversos equipos de protección contra el corto circuito.

Las fallas de líneas a neutro y de línea a línea, producen corto circuitos menores al de la

falla trifásica..

122

2.7.1 PROCEDIMIENTO DE CALCULO

Según la importancia y la magnitud del sistema eléctrico, se debe determinar el

procedimiento de calculo de entre los tres grandes grupos existentes que son :

Métodos estimativos

Métodos aproximados

Métodos exactos

Métodos estimativos

Existen tablas y graficas que han sido elaboradas para eliminar la necesidad de realizar

los cálculos detallados y efectuar la selección de interruptores en forma rápida.

Estos procedimientos se utilizan particularmente en sistemas de baja tensión (menores

de 600 volts ).

Métodos aproximados Son los que aplican al diseño de sistemas de distribución industrial por su alto grado de

aproximación y por el ahorro de tiempo que se obtiene al realizar los cálculos .

Entre estos se pueden citar los siguientes :

Método ohmico

Método por ciento y por unidad

Método de los MVA

Métodos exactos Este método se utiliza principalmente para el calculo de protecciones en sistemas

transmisión.

123

2.7.2 DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS

Después de haber determinado el punto de análisis, se deberá de elaborar el diagrama de

todas las impedancias que influyen para determinar la magnitud de la corriente de falla. La

forma mas practica de elaborar este diagrama es la siguiente :

Supóngase que se desea determinar el valor de la corriente de falla en el bus de 220

volts del diagrama unifilar representado en el dibujo 9 Para esto se deberá proceder de la

siguiente forma :

Identificar y localizar a todos los equipos dinámicos que estén conectados en el sistema

( motores ), incluido el generador de alimentación.

Elaborar el diagrama de impedancias de estos equipos conectándolos a un bus de

impedancia cero ( llamado también de bus infinito 1 ) que representa a los voltajes

internos de los motores.

Considérese un bus infinito 2 en el punto de falla

Para este ejemplo el diagrama de impedancias de los equipos dinámicos que conforman

al sistema ( conectados al bus 1 ) queda de la siguiente manera ver dibujo 28

En el diagrama de impedancias ( dibujo 29 ) se encuentran los equipos estáticos (

transformadores, conductores barras, etc ), así como el punto de falla que conforman al sistema.

El valor de la corriente de falla, queda determinado por el voltaje y la impedancia

equivalente conectada entre los buses infinitos 1 y 2.

124

Bus infinito 1

Z bloque 1 Z bloque 1 Z fuente

Bus infinito 2 ( localizado en el punto de falla )




Poza Rica ver.

Diagrama de impedancia

delos Equipos dinámicos

Que conforman el sistema

Elaborado por:




125

Z p.u F

Z p.u C1

Punto Hibrido

Z p.u C2

Punto de Falla

Z p.u Tr Bus de 220 Volts

Z p.u C3 Z p.u C5 Z p.u C4

Z p.u EB Z p.u SUM Z p.u Edf. Prin.




Poza Rica ver.

Diagrama de Impedancias

De los Elementos Estaticos

Y dinámicos

.

Elaborado por:




126

2.7.3 CAPACIDADES DE CORTO CIRCUITO

Para determinar las capacidades de corto circuito, es necesario desarrollar el calculo del

mismo, como se presenta a continuación :

Este calculo se desarrolla por el método de por unidad, por ser un sistema no tiene gran

aportación de corriente de corto circuito por los elementos dinámicos que lo conforman, debido

a que son de baja capacidad.

El calculo se inicia a partir del diagrama unifilar general, ver dibujo 9

CALCULO DE CORTO CIRCUITO DEL EDIFICIO DEL S.N.T.E. SECCION 32 EN

POZA RICA, VER.

1) selección del método a emplear : por unidad.

2) selección de la potencia de base : 1 MVA = 1000 KVA.

3) calculo de la impedancia en P.U. de la fuente.

Donde : Pcc = 100 MVA

Pbase = 1 MVA

pu P

Pbase Pcc

pu 0.01 MVA 100

MVA 1

Pcc

Pbase pu ZF

4) Z p.u. C1 Impedancia del cable ACSR 2 / 0, 13.2 KV, con una longitud de 60 mts. Con

una

impedancia de 0.428 / Km. ( valor obtenido de Internet www.alluminium.wire.)

A) mts

0.000428 mts 1000

Km 1

Km 0.428 1Z

Como el alimentador tiene una longitud de 60 mts; se tiene que:

http://www.alluminium.wire/

127

0256 0. mts 60 x mts

0.000428 L x Z Z 1

Que en P.U. y referidas a la potencia base de 1 MVA resulta ser :

P.U. 1469 000 .0 174240

25.6

1000 x 13.2

1000 0.0256

1000 x KV

KVA x Z Z

22

basepu

B) Zp.u. C2 impedancia de Z p.u. cable de energía calibre 2 tipo EPR con una capacidad

máxima de 150 amps. Con una impedancia de Z = 0.0984 / Km. Y una longitud de 40.

mts.

0000984 0. mts. 1000

Km 1

Km 0.0984 Z1

0.003936 40 x 0.0000984 L x Z1Z

p.u 0.00002258 1000 ) 13.2 (

) 1000 ( 0.003936

1000 Kv

KVA x Z ..

22

BASEuZp

C) Z p.u C3 cable calibre # 6 THW con una longitud de 26 mts., impedancia de Z = 1.29

Km.

Km

00129 0. mts 1000

Km 1

Km 1.29 Z1

0.03354 mts 26 m

0.00129 Z

p.u. 0.6929 1000) ( ) 0.220 (

) 1000 ( 0.03354 p.u. Z

2

D) Z p.u. C4 cable calibre 4 / 0 THW con una longitud de 27 mts., con una Z = 0.16 / Km.

128

m

00016 0. m 1000

Km 1

Km 0.16 Z1

0.00432 m 27 m

0.00016 Z

p.u 0.0892 1000 0.220

1000 0.00432 p.u. Z

2

E) Z p.u. C5 cable calibre 4 / 0 con una longitud de 42 mts. Con un impedancia Z = 0. 16 /

Km.

m

00016 0. m 1000

Km 1

Km 0.16 Z1

0.00672 m 42 m

0.00016 Z

p.u 0.1388 1000 0.220

1000 0.00672 p.u. Z

2

5.- Impedancia del transformador de 150 KVA

Z = 3.7 % = 0.037 p.u en su propia base, referidas a la base de 1 MVA resulta

ser:

129

1

1

22 base p.u. Z

baseKVA

baseKVA basep.u Z

p.u 0.037 150

1000 Transp.u Z basep.u Z

p.u 246 0. Transp.u Z

6.- Impedancia del grupo de motores conectados al bus de 220 Volts.

Para un grupo de motores que operan en baja tensión Z = 25 % que en p.u. resulta ser

Z p.u = 0.25.

La carga de motores es de 10.44 KW y en KVA será:

KVA 11.6 0.9

10.44

FP

KW KVA

sustituyendo en :

p.u 21.55 0.25 11.6

1000 basep.u Z

baseKVA

baseKVA EBp.u Z

1

2

Para obtener la impedancia del Salón de usos Múltiples, y del Edificio Principal, se realiza la

operación del inciso 6 y se tiene:

Z p.u. Salón Usos Múltiples 1.32 p.u

Z p.u. Edificio Principal 1.38 p.u

7) Elaboración del diagrama de impedancias, ver dibujo 30

8) Calculo de la impedancia equivalente, partiendo del dibujo anterior, se procede a hacer la

simplificación del sistema, ver dibujo 31

130

9) Calculo de la corriente de corto circuito:

Sim Amps. 14064 0.22 x 0.187 x 1.73

1000

KV x P.U x Zeq.1.73

KVA SIM I Base

cc

Los interruptores de baja tensión tienen un factor de asimetría de 1.25 por lo que la corriente de

corto circuito asimétrica que deberán de ser capaces de resistir los interruptores que se conectan

al bus de 220 volts deberá de ser :

Icc Asimétrica = 1.25 x 14064 = 17580 Amp. Asimétricos.

10) Selección de los interruptores.-

Todos los interruptores que se instalen en el bus de 220 volts deberán tener una

capacidad interruptiva mínima de 17580 Amperes simétricos; por lo que remitiéndonos al

catalogo de interruptores termomagneticos de baja tensión se tiene que cumplen el requisito de

los siguientes marcos :

THEF de General Electric resiste 20000 Amps. Asimétricos

131




Poza Rica ver.

Diagrama de Impedancias

Elaborado por:




Zp.u EB = 21..55

p.u Zp.u SUM = 1..32 p.u Zp.u Edif. Prin. = 1..38 p.u

Zp.u C3 = 0.692 p.u Zp.u. C5 = 0.138 p.u Zp.u C4 = 0.0892

p.u

Z p.u. Tr = 0.246p.u

Zp.u. C2 = 0.0000225 p.u

Punto Híbrido

Zp.u C1 = 0.000147 p.u

Zp.u F = 0.01 p.u

Punto de falla

132

Paso 1 Paso 3

0.01 p.u

0.000147 p

0.0000225 p.u punto de falla 0.256 p.u

Punto de falla 0.246 p.u

22.24 p.u 1. 458 p.u 1. 469 p.u

0.692 p.u 0.138 p.u 0.0892 p.u

21..55 p.u 1..32 p.u 1..38 p.u Paso 4

0.256 p.u 0.732 p.u

Paso 2 punto de falla 22.24 p.u

Punto de falla Paso 5 0.256 p.u

punto de falla

0.692 p.u 0.138 p.u 0.0892 p.u 22.24p.u 0.189 p.u

21, 55 p.u 1..32 p.u 1. 38 p.u Paso 6

punto de falla 0.187 p.u




Poza Rica ver.

Impedancia Equivalente.

Elaborado por:




133

2.7.4 SELECCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCION

Protección en alta Tensión.

Como medio de desconexión y protección contra sobre corriente se utilizaran tres corta

circuitos fusibles de simple expulsión. Servicio intemperie para 15 Kv, 100 Amp.

Nominales y 8000 Amp. De capacidad interruptiva.

Considerando que en el edificio del SNTE se utilizara un transformador, que demanda

una corriente de 9.85 amp. Al 100 % de su capacidad nominal, por lo tanto el elemento

fusible a utilizar es el fusible universal tipo K, fusión rápida de 13 amp. Nominales, 15 Kv

marca litener o similar SIC – DGF – 5444.

El calculo del apartarrayos, o la tensión nominal del apartarrayos esta referida a la

tensión nominal del circuito donde se instalara.

La tensión nominal del circuito es la tensión de la línea.

En los sistemas estrella con neutro aterrizado directamente, la tensión nominal del

apartarrayos es del 85 % de la tensión de línea.

Vna = 0.85 x VL

Donde :

Vna = Voltaje Nominal del Apartarrayos

VL = Voltaje de Línea del Circuito = 13.2 Kv

Entonces tenemos que :

Vna = 0.85 x 13.2 = 11.22 Kv

Se instalara un apartarrayos por fase con capacidad de 12 Kv, tipo distribución ADA 12.

134

Protección en baja tensión La protección en baja tensión contra sobre corriente estará dada por un interruptor

termomagnetico de tres polos tipo PA, seleccionado anteriormente.

El interruptor disponible en el mercado, es el interruptor termo magnético tipo PA catalogo

PA-361800 Squar D de 3 x 1800 amp. Para 42 KA de capacidad interruptiva.

135

2.8 ANALISIS DE COSTOS

Actualmente esta considerado que el éxito de un constructor se basa principalmente en

el menor tiempo y el costo mas bajo con que se ejecuta la obra que tiene a su cargo. Para

llevar cabo estos objetivos es indispensable programar meticulosamente cada paso que

se pretenda realizar antes de empezarla; de esta manera se eligen los métodos

constructivos mas favorables para una adecuada ejecución de la misma.

Una de la etapas de gran importancia dentro de la planeación de la obra eléctrica, es la

elaboración de los precios unitarios para obtener un presupuesto global de la obra;

también el factor tiempo que es primordial en cualquier obra y que se puede prever si se

tiene un programa de trabajo adecuado.

136

2.8.1 MATERIALES

No.

P

CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD P/U IMPORTE

1 Poliducto Naranja de ½ Plg. 700 Mts 1.50 1050.00 2 Poliducto Naranja de ¾ Plg. 350 Mts 2.25 787.50 3 Caja de conexiones de 4 x 4 Plg. 40 Pza 3.50 140.00 4 Botes integrales 87 Pza 9.10 791.70 5 Caja chalupa 50 Pza 2.50 125.00 6 Lámpara fluorescente 32 W 272 Pza 52 14144.00 7 Luminaria fluorescente tipo Slim Line 2 x 28 136 Pza 450 61,200.00

8 Lámpara de Halógeno 50 W 46 Pza 80 3680.00

9 Arbotante incandescente 75 W 6 Pza 55 330.00

10 Apagador Escalera 18 Pza 21 378.00

11 Apagador sencillo 30 Pza 16 480.00

12 Tapas de Aluminio 81 Pza 15 1215.00

13 Contactos Polarizado 81 Pza 22 1782.00

14 Cable THW calibre 12 1100 Mts 3.25 3575.00





19 Cable THW calibre 1/0 180 Mts 35 6300.00

20 Cable THW calibre 2/0 130 Mts 42.50 5525.00

21 Cable THW calibre 4/0 200 Mts 70.00 14,000.00

22 Tablero de Distribución NAIB 24 2 Pza 5,200 10,400.00

23 Tablero de Distribución NAIB 42 1 Pza 9,250 9250.00

24 Tablero de Distribución General de Carga 1 Pza 25,000 25,000.00

25 Interruptor Termomagnetico 1 x 15 15 Pza 52.00 780.00






31 Interruptor Termomagnetico de 500 amp. 2 Pza 12,000 24,000.00

32 Interruptor Termomagnetico de 250 amp 1 Pza 8,900 8,900.00



137

No.P CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD P/U IMPORTE

35 Arrancador completo con

gabinete,relevador y

Botonera capacidad 10 HP.

1 Pza 2,250 2,250.00

36 Arrancador completo con

gabinete,relevador y

Botonera capacidad 2 HP.

2 Pza 1,985 3,970.00

37 Reflectores 400 W 7 Pza 380.00 2660.00

38 Poste de concreto 1 Pza 3,200 3,200.00

39 Cruceta PR 200 6 Pza 285.00 1710.00

40 Perno DR 16 x 457 4 Pza 45.00 180.00

41 Moldura RE 4 Pza 24.50 98.00

42 Ojo RE 4 Pza 24.50 98.00

43 Aislador 75VH10 12 Pza 95.70 1148.40

44 Grapa Remate S/N 07FC 04 6 Pza 38.20 229.20

45 Alfiler 1 A 6 Pza 35.40 221.40

46 Alfiler 2 A 1 Pza 68.20 68.20

47 Conectador S/N 07 C002 3 Pza 28.00 84.00

48 Amarre Alambre AS 4 S/N 07 FC 02 5 Kg 72.00 360.00

49 Cable para retenida 10 Mts 18.20 182.00

50 Alambre # 4 desnudo 10 Kg 145.00 1450.00

51 Abrazadera UC 5 Pza 22.10 110.50

52 Abrazadera BS S/N 04 HO 02 2 Pza 42.50 85.00

53 Grapa y Base RB 3 Pza 75.20 225.60

54 Grapa Paralela GP1 4 Pza 28.50 114.00

55 Guardacabo R 4 Pza 320.00 1280.00

56 Perno Ancla 1PA 4 Pza 82.00 328.00

57 Ancla cónica C3 1 Pza 78.25 78.25

58 Varilla copperweld 2 Pza 92.00 184.00

59 Cable de Aluminio ACSR 2 /0 180 Mts 128.75 23175.00

60 Cable de Energía EPR calibre 2 120 Mts 210.00 25200.00

61 Corta circuito fusible 15 KV 6 Pza 1310.00 7860.00

62 Aparta rayos auto valvular 6 Pza 1200.00 7200.00

63 Transformador trifásico tipo pedestal

Auto protegido 150 KVA

13,200/6600 – 240/127

1 Pza 245,000.00 245,000.00

138

2.8.2 MANO DE OBRA

Esta obra se tiene estimado realizarla en un tiempo de 2 meses ( 60 días) con jornadas

de 8 horas por días, para esto se emplearan 15 ayudantes generales, 10 oficiales electricistas, un

cabo de oficios y un ingeniero residente de obra.

DESCRIPCION UNUDAD P . U ( $) CANTIDAD IMPORTE

Ing. Residente Jornada 500.00 60 x 1 30, 000.00

Cabo de Oficio Jornada 210.00 60 x 1 12, 600.00

Oficial Electricista Jornada 180.00 60 x 10 162, 000.00

Ayudante General Jornada 70.00 60 x 15 63, 000.00

Total de mano de obra = $ 267, 600 .00

139

2.8.3 COSTO TOTAL

Para obtener el costo total de la obra es indispensable considerar lo siguiente:

1. Costos Directos

Son los cargos aplicables al concepto de trabajo que se derivan de las erogaciones por: mano de

obra, materiales, maquinaria, herramienta, instalaciones y por patentes en su caso, efectuadas

exclusivamente para realizar dicho concepto de trabajo.

Dentro de los costos directos podemos citar :

Costo Directo por mano de obra

Costo Directo por Materiales

Costo Directo por Maquinaria.

Costo Directo por Herramienta

Costo Directo por Equipo de Seguridad

2. Costos Indirectos

Estos corresponden a los gastos generales necesarios para la ejecución de los trabajos no

incluidos en los costos directos que realiza el contratista, tanto en sus oficinas centrales como

en la obra y que comprenden además, los gastos de administración, organización, dirección

técnica, vigilancia, supervisión, imprevistos, transporte de maquinaria y en su caso prestaciones

sociales correspondientes al personal directivo y administrativo.

Dentro de los costos indirectos mas frecuentes están:

Honorarios, sueldos y prestaciones

Depreciación, mantenimiento y rentas

Servicios

Fletes y acarreos

Gastos de oficina

Seguros, fianzas y financiamiento

Trabajos previos y auxiliares

Depreciación, mantenimiento y rentas de campamentos

140

3. FINANCIAMIENTO Los gastos por financiamiento son las erogaciones que realiza el contratista debido a las

necesidades económicas del servicio.

Este costo se determina sobre la base de un flujo de efectivo en el que intervenga el pago y

amortización de los anticipos; y estará representado por un porcentaje sobre el total de los

costos directos más los indirectos.

4. UTILIDAD La utilidad queda representada por un porcentaje sobre la suma de los costos directos mas

indirectos del concepto de trabajo. Dentro de este cargo queda incluido el impuesto sobre la

renta, que por ley debe pagar el contratista.

Además dentro de este rubro, después de haber determinado la utilidad conforme a lo

establecido en el párrafo anterior, debe incluirse:

El desglose de las aportaciones que eroga el contratista por concepto del sistema de

ahorro para el retiro (SAR)

El desglose de las aportaciones que eroga el contratista por concepto del instituto del

fondo nacional para la vivienda de los trabajadores (INFONAVIT).

El pago que efectúa el contratista por el servicio de vigilancia, inspección y control que

realizara la secretaria de la contraloría y desarrollo administrativo (SECODAM)

141

COSTO TOTAL

A) Materiales 544,823.75

B) Mano De Obra 267,600.00

C) Maq. Equipos y Herramienta (5% de B) 13350.00

D) Costos Directos (suma de A+B+C) 825173.75

E) Costos Indirectos ( 5 % de D ) 41258.68

F) Suma ( D + E ) 866432.43

G) Financiamiento ( 5 % de F) 43321.62

H) Suma de ( F + G ) 909754.05

I) Utilidad (15 % de H ) 136463.10

J) Suma ( H + I ) 1046217.15

K) Cargos SAR ( 2 % de B / * f.s.r) 3279.09

L) Suma ( J + K ) 1049496.24

M) INFONAVIT ( 5% de B / * f.s.r ) 8197.72

N) Suma ( L + M ) 1057693.96

O) SECODAM ( 0.5 % de N ) 5288.46

COSTO TOTAL 1062982.42

f.s.r = Factor de salario real = 1.6285

142

2.9 ANÁLISIS CRITICOS DE LOS DIFERENTES ENFOQUES

Durante la elaboración de este trabajo se observan los diferentes puntos de vista que

abordan distintos autores sobre un mismo tema.

Estos distintos puntos de vista pueden complicar y confundir el entendimiento de los

lectores ya que el autor de ilumination enngineers society ( IES ), en el tema de alumbrado lo

expone de una manera muy profunda ocupando términos con los cuales no estamos del todo

familiarizados. Estos autores proponen un calculo demasiado estricto ( exacto) por tal razón el

desarrollo de un calculo de alumbrado será muy extenso y problemático debido a que considera

una gran cantidad de factores ( disminución de emisión luminosa por suciedad, variaciones de

reflectancia y transmitancia de la luminaria, degradación luminosa de la lámpara , etc.) que

pueden afectar directamente e indirectamente en la solución del mismo.

Por otra parte el manual de la westinghouse y el manual de ingeniería eléctrica expone

estos mismos temas de una manera muy practica, que los autores del I.E.S., obteniendo como

resultado un calculo menos extenso, pero con los resultados aproximados de los deseados.

Por esta razón este trabajo se realiza de manera que el lector pueda comprender el

proceso y los resultados obtenidos en este proyecto.

143

CONCLUSIONES

Al culminar este proyecto se obtuvo como resultado un buen diseño eléctrico el cual

satisface las necesidades de energía eléctrica requeridas para el edificio del SNTE sección 32,

todo ello gracias a las normas establecidas por la CFE, el control estricto de adquisición de

materiales y el adecuado manejo e instalación de los mismos; y en forma personal permite

reaccionar los conocimientos adquiridos durante la formación al poner en práctica la

experiencia adquirida mediante la elaboración de este trabajo y simultáneamente permite la

actualización en conocimientos para obtener un criterio mas amplio y así resolver con mayor

facilidad loe problemas relacionados con este tipo de proyectos.

Por otra parte es necesario tomar en cuenta que en el estudio económico de cualquier

sistema eléctrico se deben considerar diferentes alternativas y así poder seleccionar la mas

apropiada ya que de lo contrario no se aplicaría un correcto criterio de ingeniería que satisfaga

los requerimientos de un sistema eléctrico.

Por ultimo, para garantizar una vida útil y prolongada, para el adecuado funcionamiento

del sistema eléctrico es necesario darle mantenimiento periódico, con el fin de evitar posibles

daños y así un suministro de energía eléctrica interrumpida.

144

BIBLIOGRAFÍA

INSTALACIONES ELECTRICAS PRACTICAS

ING. BECERRIL L. DIEGO ONSIMO

12ª. EDICIÓN

SISTEMAS DE POTENCIA 1 Y 2

ING. RAMON CHAZARO APARICIO

MANUAL DE INSTALACIONES ELECTRICAS Y MECANICAS EN EDIFICIOS

TOMO II

WILLIAM K.Y. TAO

RICHARD R. JANIS

EDITORIAL PHH

MANUAL DE ALUMBRADO DE LA WESTING HOUSE

EDITORIAL DOSSAT.

CUARTA EDICIÓN

CATALOGO DE CONDUCTORES CONDUMEX

CATALOGO DE CONDUCTORES IUSA

NOM – 001 – SEDE 1999

NORMAS DE CONSTRUCCIÓN DE LINEAS AEREAS Y SUBTERRANES 2002

ABC DE LAS INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES

GILBERTO ENRIQUEZ HARPER

EDITORIAL LIMUSA

WWW.HOLOPHANE .COM

HTTP://EDISON.UPC.ES/CURS/LLUM

WWW.ALUMINIUM.WIRE

Diseño de la instalacion electrica de un edificio

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