TRABAJO PRÁCTICO TECNICO

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1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA ZONA POZA RICA - TUXPAN DISEÑO DE LA INSTALACION ELECTRICA DEL NUEVO COLEGIO MOTOLINIA EN POZA RICA VER. TRABAJO PRÁCTICO TECNICO PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA PRESENTAN: ARIZBETH BERMUDEZ SAN MARTIN NORMA JIMENEZ GARCIA ASESOR: ING JUSTINO BAUTISTA ESPINOSA 1

2 INDICE Introducción 4 Capitulo I Justificación.6 Tipo y Naturaleza del Trabajo. 8 Características y Funciones Esenciales... 9 Capitulo II PROCESOS DEL TRABAJO SUB-TEMA 1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL COLEGIO 1.1 Salón de Usos Múltiples Oficinas Laboratorio de Computación Capilla Comedor Edificios para Salones Áreas Exteriores SUB-TEMA 2 BASES DE DISEÑO 2.1 Normalización Voltajes de Operación Niveles de Iluminación Materiales y Equipos SUB- TEMA 3 SISTEMA DE ALUMBRADO 3.1 Conceptos Generales de Iluminación Fuentes de Iluminación Equipos de Iluminación Cálculos de Iluminación Tableros de Alumbrado Alimentadores para Tableros de Alumbrado 50 SUB- TEMA 4 SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR 4.1 Tipo de Sistema Diagrama Unifilar General Acometida Análisis de Carga Capacidad y Especificación de transformador

3 SUB- TEMA 5 ESTUDIO DE CORTO CIRCUITO Y SELECCIÓN DE PROTECCIONES 5.1 Procedimientos de Cálculo Capacidades de Corto Circuito Selección de Dispositivos de Protección COSTOS Materiales Mano de obra. 102 Costo total Capitulo III APORTACIONES O CONTRIBUCIONES AL DESARROLLO ANALISIS CRÍTICO DE LOS DIFERENTES ENFOQUES 108 CONCLUSIONES..109 BIBLIOGRAFIA ANEXOS

4 INTRODUCCIÓN En los tiempos actuales en los que nuestro país se encuentra inmerso en una serie de transformaciones de todo tipo, a fin de alcanzar las condiciones óptimas que le permitan desempeñarse con eficiencia en el proceso de globalización en el que se desenvuelve, se requiere contar con un sistema educativo profundamente conceptualizado, que sirva de soporte firme y confiable para superar el reto que ésta situación impone. Haciéndose partícipe de ello, la asociación civil CIENCIA Y TRABAJO se ha propuesto la modernización integral de todas las actividades con las que participa en la preparación de la juventud de Poza Rica y la región; dentro de éste contexto se planeó la construcción de nuevas instalaciones para el grado Bachillerato en la ciudad de Poza Rica, en la Región norte del estado de Veracruz. Por tal motivo se elaboro un nuevo proyecto eléctrico que cumple con las normas vigentes, y satisface las necesidades que las instalaciones requieren, las cuales presentamos a continuación. 4

5 CAPITULO 1 5

6 JUSTIFICACIÓN Todo Nuevo Colegio debe cumplir con una función social de satisfacer las necesidades de la población asentada en el lugar donde se localiza, por esta razón sus instalaciones deben proporcionar los mejores servicios a la comunidad estudiantil. Con el fin de realizar un análisis Técnico - Económico profundo y detallado de los consumos de la energía eléctrica que se utilizará en las instalaciones del Nuevo Colegio Motolinia, fue necesaria la realización del presente trabajo, en el cual se señalan claramente los usos que se le darán a la energía eléctrica para el desempeño de actividades. El trabajo enmarca el Diseño Eléctrico del Sistema Secundario o de Baja Tensión con el cual se habrán de energizar todos los equipos, dispositivos y aparatos que requieren de electricidad para su operación así como también el diseño de iluminación optimo para cada edificio dependiendo las necesidades de cada uno, según los niveles de iluminación requeridos para cada lugar. En este tipo de instalaciones el sistema de iluminación es responsable de un alto porcentaje del consumo de energía, situación que también se presenta en casos como el de la industria, el comercio y las residencias. El Diseño se realizó procurando la aplicación de los últimos adelantos tecnológicos habidos en el área y sobretodo orientados al ahorro de energía tan requerido tanto en el presente como en el futuro. Se buscó identificar las posibilidades de reducción en los consumos de energía que se utiliza en iluminación, incluyendo el simple cambio de una lámpara, los tiempos de operación, los hábitos de uso, dado que en la actualidad se cuenta con tecnologías de bajo consumo de energía, tanto en lámparas, como en balastros y demás dispositivos que cuentan con una mayor vida útil con lo que contribuyen al racionamiento en el empleo de tan vital fluido eléctrico. 6

7 La información técnica que fundamentó el desarrollo del Diseño de la Instalación Eléctrica del Colegio Motolinia fue tomada del proyecto ejecutivo que comprende el arreglo arquitectónico. Del conjunto de edificaciones que se tiene proyectado realizar en el transcurso del año del

8 TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO Es del conocimiento general que una de las fuentes principales para impulsar el desarrollo en la educación es ofrecer instalaciones confortables, en los cuales la comunidad estudiantil pueda disfrutar del confort y la comodidad. Para lo cual haciéndose participe de ello la Asociación civil Ciencia y Trabajo la cual posee una gran experiencia en el ramo de la Educación de nivel Bachillerato, en un trabajo conjunto con el buffet de Barreiro Arquitectos A.C diseñaron de acuerdo al número de usuarios que se pretenden atender, así como también las actividades que en ellas se desempeñaran y las condiciones de funcionalidad que se desean. El sentido del presente trabajo es exponer los conceptos generales a fin de alcanzar las condiciones optimas que le permitan desempeñarse con eficiencia en el proceso de globalización en el que se desenvuelve, se requiere contar con un sistema educativo profundamente conceptualizado, que sirva de soporte firme y confiable para lograr las metas propuestas durante el desarrollo de la Ingeniería de Diseño del Sistema Eléctrico de Baja Tensión del Nuevo Colegio Motolinia que se tiene proyectado construir en la Ciudad de Poza Rica, Ver. Haciéndose partícipe de esta situación, se ha propuesto la modernización integral de todas las actividades con las que participa en la preparación de la juventud de Poza Rica y la región. 8

9 CARACTERISTICAS Y FUNCIONES ESENCIALES Dentro de los principales objetivos que se buscaron al elaborar el proyecto ejecutivo sobresale la satisfacción de las necesidades de espacio, la consecución de la funcionalidad para el buen desempeño de las actividades. Se realizará la Ingeniería básica y de detalle del proyecto y se diseñará la nueva instalación eléctrica en baja tensión y la selección adecuada de la subestación de modo de que garanticen la seguridad y flexibilidad cuidando que cumplan con la normatividad y especificaciones actuales, así como también procurando la aplicación de los últimos adelantos tecnológicos en el área y sobretodo orientado al ahorro de energía requerido tanto en el presente como en el futuro, el empleo de aparatos construidos conforme a las normas de ahorro de energía comunes en estos tiempos y como meta reducir los costos de la utilización de energía eléctrica de la Ciudad de Poza Rica. 9

10 CAPITULO 2 10

11 PROCESOS DEL TRABAJO SUB-TEMA 1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL COLEGIO El proyecto para el diseño de la instalación eléctrica del Nuevo Colegio Motolinia de Poza Rica Ver, se tiene proyectado construirlo en el predio ubicado en la esquina que conforman las calles uno y veinticuatro de la colonia Cazones en la Ciudad de Poza Rica, Ver. dentro del perímetro urbano. 1.1 Salón de Usos Múltiple. En primer término se abordará el caso del salón de usos múltiples, del cual se dará una explicación detallada de los objetivos que se buscaron al proyectarlo, tanto la prevención de satisfacer los requerimientos de espacio, como el de conseguir la funcionalidad para el mejor desempeño de las actividades que en él se realizarán. El edificio de usos múltiples servirá para el desarrollo de las actividades no precisamente del tipo educativo, sino más bien para el desarrollo de actos cívico culturales y todo tipo de actividades que motivan aglomeración de personas. 1.2 Oficinas. El edificio que albergará las oficinas, es el área destinada al desempeño de las actividades administrativas de la institución, para llevar un mejor control escalar y servicio a los padres de familia sin tener que demorarse días en buscar documentos si no por el contrario tener una pronta respuesta en sus peticiones. 11

12 1.3 Laboratorio de computación. Se continua con la descripción del laboratorio de computo, que cuenta con infraestructura tan necesaria en los tiempos actuales, para un mejor desenvolvimiento en las tarea que se les encargue a los alumnos sin tener que estar consultando libros, que luego tienen mucha demanda y por consiguiente no se tiene una información clara de las cosas, la tecnología que se les brinda es para que los jóvenes tengas mas formas de conocer la cosas ;gracias a los avances tecnológicos que existen hoy en día. 1.4 Biblioteca. En este recinto se almacena todo el acervo cultural disponible en la institución, tanto libros de texto, como de consulta y trabajos realizados por los ex - alumnos del colegio, disponiéndose además de una sala de lectura. 1.5 Capilla. La capilla para el desarrollo de actos religiosos, tanto para la comunidad estudiantil como para el cuerpo de catedráticos que en mismo laboran, por que no decirlo para encontrar un poco de paz que a muchos a veces nos hace falta. 1.6 Comedor. El comedor es el lugar en donde la comunidad estudiantil puede tomar sus alimentos, un refrigerio y por que no, despejar un poco su mente, aunque sea para olvidar un poco la rutina y continuar mas adelante con sus clases con más iniciativa de aprender más. 12

13 1.7 Edificios para salones. El edificio de salón de clase que es el lugar en donde el cuerpo estudiantil realiza la principal actividad de la institución. Ya que en ellos se imparten las clases a través de las que se transmite el conocimiento a la juventud, actividad que es la razón de ser de la institución. Infraestructura: a) LABORATORIO DE QUIMICA: Que es el recinto donde se lleva a acabo la comprobación de los conocimientos teóricos vistos en el aula para un mejor aprendizaje. Y el guardado de los instrumentos y reactivos. b) SALON DE DIBUJO: El salón de dibujo es un área donde los alumnos toman sus clases. Este salón cuenta con mesas especiales de dibujo, restiradores, escuadras, reglas, etc. para un mejor desempeño en cada una de las tareas que se desempeñen. c) SALA DE PROFESORES: Es un local donde los catedráticos de la institución pueden preparar su clase antes de impartirla, pueden tratar sus asuntos entre si o pueden atender alumnos en forma breve para disipar dudas que hubieran existido durante la clase d) CUBÍCULOS DE PROFESORES: En estos locales, los catedráticos disponen de un espacio donde poder realizar las actividades de tutoría y atención de la problemática de los alumnos en general. 13

14 1.7 Áreas Exteriores El conjunto arquitectónico consta de las siguientes instalaciones: a) Canchas Deportivas: Las canchas deportivas con las que cuenta la instalación son: una cancha de fútbol, la otra es de básquet bool., en estas canchas los estudiantes demuestran su habilidades deportivas y si no, aprenden a integrarse socialmente y a trabajar en equipo. b) Estacionamiento: El estacionamiento es el sitio en donde los padres de familia estacionan sus vehículos a la hora de llevar a sus hijos (as) al colegio; dicho estacionamiento cuenta con espacios amplios para facilitar un mejor transito y no demorar para que así los jóvenes no demoren en llegar a sus salones de clases. c) Plaza Central: Es el lugar de donde se pueden apreciar todas las áreas del edificio, ya sean desde el área administrativa hasta los salones de clase, es el lugar perfecto por su ubicación como su nombre lo dice, se encuentra en el centro de todo el edificio. d) Espejo de Agua: Con el fin de imprimirle un ambiente natural y de confort, al conjunto arquitectónico se proyecto dentro del conjunto la inclusión de un espejo de agua con el cual aparte de lograr los objetivos anteriores, se imprimirá un ambiente de frescura al ambiente. En el Anexo No.1 se presenta el arreglo general del conjunto arquitectónico. 14

15 SUB-TEMA 2 BASES DE DISEÑO Para que toda actividad en la vida se realice bajo un orden y adecuadamente debe regirse bajo ciertas condicionantes, normas, leyes, procedimientos o costumbres. El desarrollo de la Ingeniería de Diseño de todo proyecto no es la excepción dado que siempre se fundamenta en las bases de diseño. De acuerdo con esto, las bases de diseño se pueden definir como el documento donde se establecen todos los requisitos que se deben cumplir al realizar un diseño. A continuación presentamos las bases de diseño para este proyecto. Estas especificaciones cubren la ingeniería de Diseño e Instalación del Sistema Eléctrico, incluyendo: los sistemas de fuerza (si los hubiera), alumbrado, conexión a tierra, subestación, materiales y equipo. 2.1 Normalización. El diseño, instalación, equipo y materiales se harán de acuerdo a los requerimientos aplicables de las últimas ediciones de las siguientes Normas: a) Norma Oficial Mexicana NOM-001- SEDE Instalaciones Eléctricas b) Norma Oficial Mexicana NOM 007 SEDE Eficiencia Energética para Sistemas de Alumbrado en Edificios no Residenciales Es importante tomar en cuenta para realizar la instalación eléctrica, que se cumplan con las normas respectivas, ya que en ella se especifican los requerimientos técnicos básicos para garantizar que la instalación no presente ningún problema en el futuro y garantice la seguridad. 15

16 Con el objeto de reglamentar las instalaciones eléctricas en México, se cuenta con la NOM- 001-SEDE-1999 Instalaciones Eléctricas (utilización), aprobada en la cuarta reunión ordinaria del comité consultivo nacional de normalización de instalaciones eléctricas, celebrada el 20 de abril de 1999, la cual constituye la guía que se debe seguir para el diseño y la construcción y aprobación de Instalaciones Eléctricas. La Norma Oficial Mexicana NOM 007 SEDE-1995 Eficiencia Energética para Sistemas de Alumbrado en Edificios no Residenciales Establece. Los niveles de eficiencia energética en términos de Densidad de Potencia Eléctrica con que deben cumplir los sistemas de alumbrado para uso general de edificios no residenciales nuevos y ampliaciones de los ya existentes, con el propósito de que sean proyectados y construidos haciendo un uso eficiente de la energía eléctrica en estas instalaciones, mediante la optimización de diseños y la utilización de equipos y tecnologías que incrementen la eficiencia energética sin menoscabo de los niveles de iluminancia requeridos. El campo de aplicación de esta Norma Oficial Mexicana comprenderá los sistemas de alumbrado interior y exterior para uso general de los edificios nuevos no residenciales, con carga conectada mayor de 20 kw y los sistemas de alumbrado interior y exterior, para uso general de ampliaciones mayores de 20 kw en edificios no residenciales ya existentes. 2.2 Voltajes de Operación. A) En Media Tensión. El Sistema Eléctrico del Colegio Motolinia es alimentado de la red de distribución aérea y trifásica que opera a un nivel de tensión de 13.2 KV, propiedad de la Comisión Federal de Electricidad, la cual llega hasta la colindancia del predio; En el punto de conexión, se habrá de instalar una estructura del tipo híbrido que permitirá efectuar la transición de la Línea Aérea en Línea Subterránea para en estas condiciones internarse en el predio propiedad de la institución hasta llegar al transformador principal; en cuyo lado secundario se origina el Sistema que nos ocupa. B) Voltaje de Operación en Baja Tensión del Sistema El transformador trifásico recibirá la energía eléctrica en Alta Tensión y reducirá el voltaje a 220 Volts entre fases, además, por tener su neutro conectado a tierra se podrá disponer de 16

17 127 Volts entre cualquiera de las fases y el neutro, por tanto la tensión eléctrica nominal del sistema es: 220Y/127 C) Voltaje de Operación en Baja Tensión de Utilización Después de que la energía ha sido transformada en el transformador, pasa a un tablero de distribución, para de ahí distribuirse en forma subterránea a los diferentes tableros de alumbrado que se localizan en cada uno de los edificios. Los valores de tensión eléctrica de utilización son: 208Y/120 Los voltajes de operación que se van a utilizar son los siguientes: En su distribución secundaria a tableros de distribución de Alumbrado Volts Alumbrado exterior Volts Alumbrado de Interiores Volts Contactos Volts CAÍDA DE VOLTAJE a).-circuitos derivados Los conductores de los circuitos derivados deben tener una capacidad de conducción de corriente no menor a la carga máxima. La caída de voltaje permisible a plena carga para circuitos de derivado, alumbrado o combinaciones de estos, considerando desde el punto de alimentación hasta la salida más lejana, no deberá ser mayor del 3%. b).- Alimentadores. La máxima caída de voltaje permisible, considerando el circuito derivado y el alimentador, será de 5%. 17

18 2.2.2 CARGA DEL TRANSFORMADOR La NOM dispone en la sección (d) que la selección de los transformadores debe efectuarse para que operen o trabajen lo más próximo al 100% de su capacidad. Así como también la capacidad eléctrica y los arreglos físicos, se diseñaron previniendo el incremento de cargas futuras, de aproximadamente el 25 % de la carga normal de operación. 2.3 Niveles de Iluminación. El nivel de iluminación es solo una característica de las instalaciones luminosas; muchas otras importantes consideraciones entran en juego en el proyecto de un ambiente visual completamente satisfactorio. Sin embargo, es obvio que sin la exigencia puede llevar a cabo ninguna tarea visual de un modo correcto rápido seguro y fácil. Los requisitos cuantitativos de una buena iluminación varían mucho con la naturaleza de las actividades y son principalmente función de la dificultad de la tarea visual según el tamaño del detalle, brillo o contraste de color y velocidad exigidos. Otros factores tales como el tiempo en el que el trabajo va a realizarse, las condiciones de los alrededores y el estado fisiológico de los ojos que han de hacer el trabajo tienen importancia. Por lo cual no es fácil dar una base cierta para definir el nivel luminoso en cada caso. Mucho se ha trabajado en este terreno a lo largo del tiempo, usando diversos métodos y distintos criterios de medida visual. Investigaciones realizadas en 1958 y posteriores han aportado nuevos datos básicos que se consideran mas directamente aplicables a los problemas en cuestión, así como un nuevo método para definido para evaluar situaciones reales de trabajo en función de los resultados de los ensayos de laboratorio. Basada en estos estudios, la Illuminating Engineering Society ha hecho recomendaciones de niveles luminosos para una amplia variedad de trabajos industriales característicos y otras actividades visuales. 18

19 El Proyecto del Diseño de Instalación Eléctrica del Nuevo colegio Motolinia debera realizarse tomando como base los siguientes niveles de eliminación: Local Nivel de iluminación (Luxes) Salones de clase Salones de Dibujo Salón Usos Múltiples Biblioteca Comedor Oficinas Laboratorio de Química Sanitarios Auditorio Capilla 300 luxes 1000 luxes 300 luxes 700 luxes 200 luxes 300 luxes 300 luxes 100 luxes 200 luxes 100 luxes Tabla 2.1 Niveles de iluminación 19

20 2.4 Materiales y Equipo. En las instalaciones eléctricas a que se refiere la presente NOM se aceptará la utilización de materiales y equipos que cumplan con las normas oficiales mexicanas, normas mexicanas o con las normas internacionales. A falta de éstas con las especificaciones del fabricante. Los materiales y equipos de las instalaciones eléctricas sujetos al cumplimiento de normas oficiales mexicanas, normas mexicanas o normas internacionales, deben contar con un certificado expedido por un organismo de certificación de productos acreditado y aprobado. En caso de no existir norma oficial mexicana o norma mexicana aplicable al producto de que se trate, se podrá requerir el dictamen de un laboratorio de pruebas que haya determinado el grado de cumplimiento con las especificaciones técnicas internacionales con que cumplen, las del país de origen o a falta de éstas, las del fabricante.los materiales y equipos que cumplan con las disposiciones establecidas en los párrafos anteriores se consideraran aprobados para los efectos de esta NOM. 20

21 SUB-TEMA 3 SISTEMA DE ALUMBRADO 3.1 Conceptos Generales de Iluminación. 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, las lámparas de descarga de alta intensidad entre otros métodos de iluminación artificial, todo cambió, hoy en día, la iluminación artificial a llegado a hacerse indispensable dentro de las actividades cotidianas del hombre. Y el terreno educativo, no es la excepción; por ello forma parte primordial de este trabajo. En las instituciones educativas comúnmente se presentan problemas de derroches de energía eléctrica debidas a actitudes como: la indiferencia de todo el personal que se desenvuelve en el entorno; situación muy natural por su carácter de ser ajeno a las erogaciones motivadas por concepto de consumo de electricidad, o el encendido de luces y equipos que no están siendo utilizados; la falta de mantenimiento, la falta de personal responsable de la operación del servicio eléctrico, el crecimiento anárquico y descontrolado de la instalación, etc., todo esto ocasiona frecuentes interrupciones prolongadas y costosas, en el servicio de electricidad, afectando directa o indirectamente al personal que labora en dichas instituciones, al personal que estudia y a todas las actividades que se desarrollan en el plantel, afectando También a la compañía suministradora ( Comisión Federal de Electricidad ) porque deja de vender su producto. Por todo lo anterior el diseño de la instalación eléctrica del Nuevo Colegio Motolinìa se proyectó teniendo como primera observancia el ahorro de energía. En general todos los sistemas de alumbrado de interiores se proyectaron para operar a base de lámparas ahorradoras de energía tipo compacta, las cuales se suministraran con balastro electrónico reduciendo de esta manera los Consumos de energía por balastro que en el caso de balastros electromagnéticos son del orden del 25 % de la potencia del foco, pero que al ser estos tipo electrónico el consumo se reduce al 2 o 3 % de la potencia del foco. 21

22 La NOM-OO1-SEDE-1999, La carga mínima de alumbrado por cada metro cuadrado de superficie del piso, no debe ser inferior a la especificada en la Tabla 220-3(b) para edificios indicados en la misma. La superficie del piso de cada planta se debe calcular a partir de las dimensiones exteriores del edificio, unidad de vivienda u otras zonas afectadas. Para las unidades de vivienda, la superficie calculada del piso no debe incluir los patios abiertos, las cocheras ni los espacios inutilizados o sin terminar, que no sean adaptables para su uso futuro. Los valores unitarios de estos cálculos se basan en las condiciones de carga mínima y en un factor de potencia del 100% y puede ser que no ofrezcan capacidad suficiente para la instalación considerada. Estos valores corresponden al cálculo de los circuitos derivados y no se contraponen con los valores de densidad de potencia eléctrica por concepto de alumbrado (W/m2) establecidos en la NOM-007-ENER Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en edificios no residenciales vigente. Para el efecto incluye los siguientes valores 22

23 3.2 Fuentes de Iluminación. Los sistemas de alumbrados fueron creados por el hombre para aumentar los periodos de trabajo, eficiencia y rendimiento. Por esta razón es importante contar con un buen sistema de alumbrado; mismo que debe diseñarse bajo los lineamientos requerimientos señalados por la ingeniería de iluminación. * Selección de luminarias. Se han desarrollado diferentes tipos de fuentes luminosas entre que se destacan las siguientes. Lámparas incandescentes. Lámparas proyectoras y reflectoras. Lámparas de descarga. Lámparas fluorescentes. Lámparas de vapor de mercurio. a) Lámparas Incandescentes. Las más interesantes lámparas basadas en los efectos térmicos de la electricidad son, sin duda alguna, las lámparas incandescentes, el calor y la luz son producidos por el paso de una corriente eléctrica a través de filamentos metálicos o de carbón de gran resistencia eléctrica, que se ponen incandescentes emitiendo radiaciones luminosas y ala par, radiaciones caloríficas. Los elementos principales de las lámparas incandescentes son: 1.- Bulbo o ampolla. 2.- Base o casquillo. 3.- Filamento. 4.- Gas de relleno. 23

24 1.- Bulbo o Ampolla. Debido a que el filamento incandescente debe operar en vació o en una atmósfera de gas inerte, para evitar la rápida desintegración del filamento debido a la oxidación es necesario emplear una campana de vidrio totalmente sellada a la que se le denomina bulbo. El vidrio empleado en las lámparas incandescentes varía en cuanto a su constitución de acuerdo al uso que se les da es decir, para alumbrado general se construyen de vidrio blando y cristal pirex. Para alumbrado especial con vidrio duro (ultra durex) ya que deben resistir condiciones más severas como la lluvia, la nieve, etc. 2.- Base o Casquillo. La base o casquillo es el medio por el cual la ampolla o bulbo se conecta al portalámparas. Esta conexión asegura la firmeza del foco y la sitúa en posición de recibir la alimentación eléctrica. 3.- Filamento. El filamento incandescente es un alambre fino, duro, embobinado, el cual cuando es calentado eléctricamente da luz en proporción a la temperatura que alcanza. Los filamentos modernos están hechos de tungstenos, un metal duro y pesado, gris blanco, con un alto punto de fusión ( 3439 C ) y características convenientes de fuerza, flexibilidad y radiación que proporcionan un filamento más duro y más resistente al paso de la corriente eléctrica. 24

25 4.- Gas de Relleno. Los gases más empleados en la fabricación de las lámparas son: el argón y el nitrógeno (gases) brindan una mayor eficiencia y la luz de color más blanca. Actualmente las lámparas de 40W de capacidad suelen ser de tipo vació, mientras que las de 40 W en adelante son rellenas de gas. La vida de las lámparas incandescentes para alumbrado general es aproximadamente de 1000 horas en condiciones normales de funcionamiento y su eficiencia de 10.6 lúmenes / watts. En el anexo No.2 se muestra tungsteno en atmósfera gaseosa: una lámpara incandescente con filamento espirado de Casquillo, tubo de vaciado, tapón, prensado del tapón, varilla, hilos de toma, botón, soporte, filamento, bulbo. Por su baja eficiencia de 10.6 lúmenes/ watts este tipo de lámparas tiene uso solo en aquellos casos en que se deben hacer resaltar en colorimetría de los objetos o cuando se busca un confort ambiental. Desde el punto de vista de ahorro de energía no es recomendable excepto para los casos antes mencionados. 25

26 b) Lámparas Proyectoras y Reflectoras. Las lámparas de bulbo PAR (proyectoras) y las de bulbo R( reflectoras) combinan en una fuente luz y un reflector hermético de alta eficiencia consiste en aluminio o plata vaporizados aplicados la parte inferior del bulbo. Los bulbos PAR son de cristal duro. Las lámparas PAR hasta 150 watts, así como unas pocas lámparas R de servicio especial con bulbos de cristal resisten al calor. Se pueden usar al aire libre sin peligro de que se rompan con la lluvia o la baja temperatura. Las lámparas PAR de mayor tamaño y todas las demás lámparas R no son recomendables para el uso de exteriores a menos de que se les proteja contra la intemperie. Las lámparas reflectoras R95 (R30) se usan generalmente como complemento de alumbrado general. Están hechas para distribuciones de luz anchas o estrechas y se adaptan particularmente bien a zonas industriales de techos altos en las que la atmósfera contiene suciedad, humo o vapores no combustibles. Las lámparas reflectoras R son también llamadas SPOT y por lo general se proyectan con potencias de 75 a 100 watts. En el anexo No.3 se muestra una lámpara proyectora. 26

27 c) Lámparas de Descarga. La luminiscencia son radiaciones luminosas que se obtienen de materiales en las que no se producen, una elevación de la temperatura. Por esta razón se llama también luz fría Cuando la producción de radiaciones luminosas se mantiene solamente mientras dura la causa que la produce, la luminiscencia producida se le llama fluorescencia. La duración de este fenómeno es variable según las sustancias y puede durar hasta décimas de segundos hasta varios años. 27

28 d) Lámparas Fluorescentes. Las lámparas fluorescentes son lámparas de descarga eléctrica en atmósferas de vapor de mercurio a baja presión y un gas inerte ( generalmente argón ) la luz se produce por la fluorescencia que transforma en luz visible y átomos de mercurio vaporizado. Estas lámparas tienen un rendimiento luminosos entre 83 y lúmenes/ watts. Una débil luminancia que evita cualquier clase de deslumbramiento cuando estas lámparas se sitúan directamente en le campo visual. Las lámparas fluorescentes Tubulares se componen de un tubo que es en realidad la ampolla o envoltura para la mezcla de los gases; cuyo interior sirve para revestirlos con materiales fluorescentes: en los extremos bulbo tubular se colocan totalmente sellados los electrodos como los óxidos de bario, estroncio y calcio. Existen dos tipos de eléctrodos, el llamado cátodo caliente el cual alrededor de los 1000 C. empieza a desprender electrones para que se establezca el arco y el cátodo frío que es un tubo de níquel o de hierro puro en donde su superficie interna esta recubierta con un material emisor, este trabajo se hace cerca de los 150 C. Las materias fluorescentes o fosforescentes varían de acuerdo con el color de la lámpara es decir este depende de la composición química de los fósforos. Los casquillos o bases conectan la lámpara al circuito de alimentación eléctrico y también lo sostienen habiendo una gran variedad de contactos como son de una espiga, de dos espigas y embutidas de doble contacto y de cuatro espigas. La vida de una lámpara fluorescente resulta afectada por el número de arranques, debido a que algo de material emisor se consume en cada ciclo de encendido y al final acontece cundo no queda material emisor suficiente para iniciar el arco en uno de los electrodos. 28

29 Algunas ventajas que presentan estas lámparas con respecto a las incandescentes son: Mayor rendimiento luminoso. Variedad de los tonos de luz. Cualidad en ciertos tonos de luz de tener una distribución espectral muy parecida a ala luz natural. Emisión de luz por una línea luminosa que puede ser interrumpida. Débil luminancia. La lámpara fluorescente difiere básicamente de la de mercurio en dos aspectos: trabaja a una presión de vapor mucho más baja y tiene fósforo que es activado solamente por la onda corta ultravioleta irradiada por un arco de baja tensión. Una lámpara fluorescente más del 90 % de luz se produce por la fluorescencia y el pequeño tanto por ciento restante por las bandas visibles del espectro del arco de mercurio. En una típica lámpara de vapor de mercurio como se muestra en el Anexo No.4. En una típica lámpara de vapor de mercurio fluorescente, la situación es opuesta: las líneas del mercurio aportar aproximadamente el 90% de la luz y la fluorescencia del fósforo solo el 10%. 29

30 e) Lámpara de Vapor de Mercurio. Este tipo de fuente, es una lámpara de descarga eléctrica en la cual la luz se produce por el paso de una corriente eléctrica a través de un vapor o de un gas. La aplicación de un potencial eléctrico ioniza el gas y permite en esa forma que la corriente pase entre dos electrodos, colocados uno en cada extremo de la lámpara. Estos electrones, cuando chocan con los átomos de gas o de vapor, alteran temporalmente su estructura atómica y la energía desprendida mientras los átomos alterados restablecen su estado normal en la que producen la luz que es debida a una radiación de mercurio. La lámpara de vapor de mercurio requiere, para su arranque y operación, un elemento auxiliar denominado balastro, que tiene como función el limitar la corriente para que la lámpara tenga la tensión y la corriente adecuadas. Al aplicar una diferencia de potencial a los extremos de la lámpara, se produce un campo eléctrico entre el electrodo de arranque y el electrodo principal que provoca una emisión de electrones y por consiguiente una descarga local y la ionización del gas de arranque, después de este preámbulo salta el arco entre los electrodos principales y el mercurio se convierte en vapor a la vez que transporta una corriente, después de esto es necesario que transcurran de 4 a 5 minutos para que se alcancen los valores de corriente y tensión de funcionamiento, presenta una eficiencia que varia entre 117 lúmenes/watts. Cuando la discriminación de colores no es de gran interés, pueden utilizarse estas lámparas ya que su elevado rendimiento luminoso y su insensibilidad a las fluctuaciones de tensión las hacen muy apropiadas para ciertos casos, por ejemplo, alumbrado de vías publicas, alumbrado de grandes naves industriales. Por el contrario en aquellos sitios en que se precise una luz lo más parecida posible a la luz natural, la lámpara de vapor de mercurio resulta inadecuada debido a su color blanco azulado y, sobre todo, a la carencia total de radiaciones rojas cuya consecuencia obligada es la de deformación de los colores de los objetos iluminados. En el anexo No. 5 se presenta un ejemplo de lámpara de vapor de mercurio 30

31 Como conclusión podemos definir lo siguiente: Fuentes Incandescentes.- Baja eficiencia que oscila entre ( 10 Lúmenes por Watt ) Adecuada para lugares donde se requiere ambiente acogedor (cafeterías, auditorios, etc.) Propia para alturas de montaje menores de 3 Mts Adecuada para iluminar rostros humanos, salas de arte, etc. Fuentes Fluorescentes.- Mediana eficiencia ( entre 40 y 70 Lúmenes/ Watt ) Adecuada para lugares donde se requiere ambiente claro públicos, comercios, etc.) (oficinas, edificios Propia para alturas de montaje mayores de 3 m y menores de 5 m. Hace parecer pálido al rostro humano Fuentes de Alta intensidad.- Alta eficiencia (entre 80 y 120 Lúmenes/ Watt ) Vapor de sodio (Altamente monocromática amarillenta) Aditivos metálicos (color Luz de día) Propia para alturas de montaje mayores de 5 Mts 31

32 f) Lámparas de Vapor de Sodios de Baja Presión 1) Funcionamiento: Las lámparas de vapor de sodio, funcionan produciendo descargas eléctricas dentro de una atmósfera de vapor de sodio a baja presión. 2) Forma: En las lámparas de vapor de sodio de baja presión, la ampolla interna en forma de "U" se protege con una capa de vidrio al bórax de las acciones del sodio. Figura 3.1 Lámpara de vapor de sodio. Esta ampolla interna está ubicada dentro de una ampolla de vidrio de forma tubular cuya pared interna es preciso recubrir de una capa reflectante de óxido de indio o de estaño. Esta ampolla externa ejerce funciones de protección mecánica y térmica. Al conjunto se le adjunta un casquillo de conexión que suele ser a bayoneta. 32

33 3) Tipo de luz. Las lámparas de sodio producen una luz amarillenta que altera el cromatismo de todos los objetos que se puedan contemplar bajo ella. Por esta causa se recomienda su utilización en todas aquellas iluminaciones donde no sea preciso proporcionar buenas reproducciones cromáticas. Este tipo de lámparas tiene un espléndido rendimiento (175 lm/w, el mayor de los conocidos) y una vida útil muy larga. Potencia: Las lámparas de vapor de sodio a baja presión se fabrican con potencias que van desde los 35 hasta los 180 W. Para su arranque se precisan voltajes de 400 V. g) Lámparas de Vapor de Sodio de Alta Presión. En las lámparas de vapor de sodio de alta presión, la ampolla de descarga se fabrica con un material cerámico resiste altas temperaturas (2.000 º C) al ataque de la atmósfera de sodio que contiene. Todo ello permite que estas lámparas tengan una larga vida útil. 1) Potencia: Estas lámparas se fabrican con potencias que van desde los 250 hasta los w. Para arrancar estas lámparas necesitan voltajes entre 3 y 4 KV., el tiempo de arranque se sitúa en torno a los 4 minutos 33

34 2) Forma: Las lámparas de vapor de sodio de alta presión pueden ser de forma tubular u ovoidal. Figura 3.2Lámpara de vapor de sodio a alta presión 34

35 h) Lámparas Fluorescentes Compactas Son artefactos luminosos de bajo consumo y más eficientes que las lámparas incandescentes actualmente como vemos en las imágenes anteriores se instalan en el mismo zócalo a rosca que las lámparas comunes. En lo que respecta de su estructura consiste en la compartición doblando el tubo sobre sí mismo. Muchos modelos llevan una rosca, las lámparas compactas tienen una potencia de entre 7 y 23w, para que de este modo tengan un flujo luminoso equivalente a las de 25 a 100watts. Sus ventajas respecto a las lámparas incandescentes son su vida útil y eficiencia que siendo de muy buena calidad oscilan entre 6000 a horas, un equivalente a 6 a 10 veces mayor que las incandescentes comunes. Además, consumen 4 veces menos energía. Potencia(w) f. luminoso(lm) Eficacia(lm/w) v.útil (hs) > > > > >6000 Tabla 3.1 Datos de Lámparas fluorescentes. Las lámparas fluorescentes compactas están disponibles principalmente en forma de tubo largo. Para el funcionamiento se necesitan cebadores y reactancias; ahora bien, en las lámparas bipolares, el cebador ciertamente ya está integrado en el casquillo. Además de estas formas estandarizadas, hay también lámparas fluorescentes compactas con cebador y reactancia integrados. Éstas están provistas de un casquillo roscado, de modo que se pueden utilizar como lámparas incandescentes. Figura 3.3 Lámparas Fluorescentes compactas 35

36 Gracias a la forma curva del depósito de descarga, las lámparas fluorescentes compactas son más cortas que las lámparas fluorescentes corrientes. Tienen básicamente las mismas propiedades que las lámparas fluorescentes convencionales, ante todo una elevada eficacia luminosa y larga duración de vida. El volumen relativamente pequeño del depósito de descarga permite producir luz concentrada mediante el reflector de una luminaria. Las lámparas fluorescentes compactas no pueden ser reguladas al tener un cebador integrado, pero hay disponibles unos modelos con cebador externo que permiten la regulación y el funcionamiento con reactancias electrónicas. i) Lámpara de Cuarzo o Infrarrojo Conforme pasa el tiempo el filamento de una luz incandescente se va quemando. Las cenizas se desprenden de el y pasan a la ampolla. El resultado es que la emisión de luz disminuye, la temperatura de color baja y la lámpara se calienta más de la cuenta Las lámparas de cuarzo se inventaron para soslayar este hecho. Un cuarzo (propiamente dicho una lámpara incandescente halógena) está constituida por un filamento de tungsteno con un aditivo halogenado (normalmente iodo) dentro de una ampolla de cuarzo que se rellena de un gas noble. a) Características de las lámparas de cuarzos: Las lámparas de cuarzo deben trabajar a temperaturas mayores que las incandescentes normales, lo que supone un mayor rendimiento luminoso (mas luz por vatio) y una mayor temperatura de color. Normalmente el rendimiento se sitúa en torno a los 20 lúmenes por vatio (de 16 lm/w para lámparas de 100w a 27 lm/w para las de 2000w). La temperatura de color se mueve en torno a los k por lo que son muy seguras a la hora de emplear película tipo B para tungsteno. Debido al ciclo regenerador no pierden temperatura de color por su uso. Dan bastante mas calor que las incandescentes normales y duran de 2000 a 3000 horas. Es mucho mas fácil encontrar lámparas de cierta potencia de cuarzo que incandescentes normales. A partir de 500w se pueden emplear con plena confianza para uso 36

37 fotográfico dando un buen diafragma y sin tener que forzar el revelado. Para uso fotográfico se pueden encontrar lámparas de 200 a 10000w. El aspecto de las lámparas es muy variado. Principalmente se construyen con dos tipos de envoltura: la simple y la doble. En la envoltura simple podemos tocar la ampolla de cuarzo mientras que en la doble esta va contenida dentro de un recubrimiento de vidrio o similar. La grasa de las manos mancha el cuarzo, por lo que nunca debería tocarse una lámpara de recubrimiento simple con las manos. En caso de hacerlo debe limpiarse la lámpara con alcohol antes de emplearla (dice Samuelson que es preferible el alcohol que el güisqui). Además el recubrimiento simple es bastante frágil y se puede romper fácilmente. No obstante son lámparas que podemos encontrar fácilmente en cualquier espectáculo que requiera un encendido rápido y una gran fidelidad a los colores ( su rendimiento de color también es de 100), por lo que la vamos encontrar en teatros, conciertos, pasarelas de moda como iluminación general y donde sea menester un proyector. Además, como las incandescentes normales, no tienen efecto estroboscópico. Existe, (sobre todo para uso doméstico y decorativo) unas lámparas de cuarzo de pequeño tamaño, normalmente se conectan a una tensión continua que va de los 6 a los 24v según modelo, por lo que precisan de un transformador. su empleo fotográfico da ciertos quebraderos de cabeza ya que son lámparas que tienen muy poca cobertura angular. Iluminan mucho una zona muy concreta y pueden engañar al exposímetro al crear zonas de mucho contraste. Las alteraciones de la tensión de alimentación le afectan sobre todo cuando son a la baja. Al contrario de lo que sucede con las lámparas incandescentes normales que viven menos al subir la tensión, las de cuarzo viven menos al bajar la tensión, ya que al suceder esto no se calienta tanto el filamento y no se produce la reacción química de regeneración, por lo que el filamento acaba descomponiéndose. Las lámparas pueden tener o no tener reflector incorporado. En caso de tenerlo hay dos tipos: los normales y los dicroicos. Los dicroicos reflejan la luz y emiten la radiación infrarroja hacia atrás. De cualquier manera hay que recordar que generan mucho calor. 37

38 3.3 Equipos de Iluminación. El equipo de iluminación que se utilizo en este proyecto esta referido al ahorro de energía el cual fue un factor determinante al momento de diseñar el Nuevo colegio Motolinia. En este sentido, uno de los sectores que más ha desarrollado tecnología para el ahorro de energía, es el de la iluminación. Para nuestro primer caso hablaremos de las lámparas fluorescentes compactas las cuales presentan grandes ventajas cuando se les compara con las incandescentes estas unidades se utilizaron mayormente en nuestro proyecto para la iluminación de salones, oficinas, baños, etc. Son las unidades fluorescentes compactas ahorradora de energía equipada con foco fluorescente de 27 watts catalogo CAT. FLE27HLX/SPX27/CS Marca General Electric porque cuentan con el sello FIDE, De acuerdo con el catalogo FIDE, proporciona un flujo luminoso de 1800 lúmenes y una eficiencia mínima de 67 lúmenes/watt. Con un balastro electrónico de 127 volts y con 6000 horas de vida. Estas lámparas compactas fluorescente proporcionan una corriente nominal de 0.24 amperes. Este apartado tiene por objeto hablara de los equipos de iluminación (su clasificación) sus componentes (reflector, difusor, gabinete, etc.). Y los parámetros que sirven de base para su selección (peso, curva, estética, costo, etc.).a continuación presentamos la siguiente tabla de equipos de iluminación que utilizaremos. 38

39 No. Tipo de Luminaria 1 Unidad de alumbrado fluorescente compacta ahorradora de energia catalogo ES-1805, Marca Tecnolite, equipada con foco fluorescente de 27 Watts. Catalogó FLE27HLX/SPX27/CS 2 Unidad de alumbrado fluorescente tipo arbotante (cajillo de pared) Catalogó AVSP1-13TT120, Marca Letonia, equipada con foco fluorescente compacto de 13 Watts y balastro electrónico. 3 Reflector exterior de piso de 50 Watts. 4 Unidad de alumbrado tipo par halógena de 75 Watts. 5 Unidad tipo cajillo colgante equipada con balastro electrónico y foco de 85 Watts HighMax SKS85EADL. Marca MaxLite. 6 Lámpara Dimeable. 7 Lámpara de Aditivos Metalicos 220 Watts. 8 Unidad tipo cajillo colgante equipada con balastro electrónico y foco de 26 Watts. Marca MaxLite. 9 Unidad Dicroica dimeable de 100 Watts 10 Unidad de alumbrado tipo sobreponer, equipada con balastro electrónico y 4 tubos fluorescentes de 32 Watts. Marca Lethonia 11 Luminaria tipo OV-25 de aluminio equipada con foco de vapor de sodio alta presión, fotocelda y balastro autorregulable para 100 Watts, 220 volts. 12 Unidad de alumbrado tipo sobreponer, equipada con balastro electrónico y 2 tubos fluorescentes de 32 Watts. 13 Unidad de alumbrado sumergible de 50 Watts. 14 Unidad de alumbrado tipo Par Halógena AR111 de 50 Watts. Tabla 3.2 Equipos de iluminación. 39

40 Las unidades de Cajillo de pared (arbotantes) se están proponiendo en la iluminación en cubos de escalera, áreas de acceso y áreas peatonales esta unidad de alumbrado fluorescente son del tipo arbotante Catalogo AVSP1-13TT120. Marca Lethonia equipada con un foco fluorescente compacto de 13 watts y balastro electrónico. 40

41 3.4 Cálculos de Iluminación. Una vez realizado el cálculo para la selección de las unidades de iluminación podemos determinar el tipo de luminarias que se van a utilizar. Existen diferentes métodos, entre estos se encuentran: Watt por m 2. Punto por punto Método de lumen a) Método de los watts por metro cuadrado. Este método es el más sencillo pero el más inexacto. En este se tienen tabulados los Watts por metro cuadrado de cada área y se utiliza normalmente para realizar cálculos estimados y presupuestos económicos. b) Método de punto por punto. El método de punto por punto es el más exacto y el más laborioso de estos procedimientos, por lo que es muy usual para determinar la iluminación de un área determinada, considerando que cada fuente luminosa y la influencia en el punto de consideración. Generalmente se utiliza en el cálculo del alumbrado con proyectores y en alumbrado de áreas deportivas. c) Método de los lúmenes. Este método está basado en la definición de lux, que es igual a un lumen por metro cuadrado y por lo tanto: Número de lux Lúmenesincidentessobre una superficie 2 Area en m 41

42 Conociendo la emisión luminosa inicial de cada lámpara (dato suministrado por el fabricante), él número de estas instalado en la zona y el área de ésta en metros cuadrados, pueden calcularse los lúmenes por metro cuadrado generados inicialmente en un área. Este valor, sin embargo, difiere del número de lux en dicha área, ya que en algunos lúmenes son absorbidos por la luminaria y también debido a otros factores tales como la suciedad de la luminaria, la disminución gradual de la emisión de luz de las lámparas, etc., estos factores entre otros, se toman en consideración en la formula del método de los lúmenes según se puede observar en la siguiente expresión matemática: Nivel de Lux Lámp. por lumin arias x Lúmenes por lampara x Coeficient e de utilización x Fact. de Conservación de Pérdidas Areas por lumin aria 42

43 A manera de ejemplo ilustrativo a continuación se presenta la aplicación del método de los lúmenes para determinar el sistema de iluminación de un Salón de clases. 1.-Determinación del nivel de iluminación. La tarea visual a desarrollar en esta área, corresponde a la de un local para lectura de textos impresos, por lo tanto se recomienda un nivel de iluminación de 300 luxes (manual de la Westinghouse pagina. 94). Dimensiones del local Las dimensiones del local son: Largo 7.80 metros Ancho 7.65 metros Altura 3.00 metros 2.- Selección del sistema de alumbrado y equipo de iluminación. a).- Se elige alumbrado tipo fluorescente. b).- Son las unidades fluorescentes compactas ahorradora de energía equipada con foco fluorescente de 27 watts catalogo CAT. FLE27HLX/SPX27/CS Marca General Electric porque cuentan con el sello FIDE. De acuerdo con el catalogo FIDE, proporciona un flujo luminoso de 1800 lúmenes. 43

44 3.- Determinación del coeficiente de utilización, ( C.U. ). El CU es la relación entre los lúmenes que alcanza el plano (ordinariamente se toma el plano horizontal a 75 cm sobre el nivel del suelo) los lúmenes totales generados por lámpara. Es un factor que tiene en cuenta la eficacia y la distribución de la luminaria, su altura de montaje, las dimensiones del local y las reflectancias de las paredes, techo y suelo. A causa de las múltiples reflexiones que tiene lugar dentro de un local, una parte lux pasa hacia abajo a través del plano imaginario de trabajo mas de una vez, por lo que en algunas circunstancias el coeficiente de utilización puede sobre pasar la unidad. En general cuanto más alto y estrecho sea el local, mayor será la proporción de luz absorbida por las paredes y más bajo el coeficiente de utilización. Para nuestro caso el catalogo de la General Electric nos proporciona el valor del coeficiente de utilización para las unidades fluorescentes compactas ahorradora de energía equipada con foco fluorescente de 27 watts catalogo CAT. FLE27HLX/SPX27/CS que corresponde a Determinación de los factores de reflexión del techo y paredes. Se considera una reflectancia del techo de 80% y 50%. 5.- Determinación del factor de mantenimiento. a). Rendimiento de la reactancia (Fr) = 0.95 b). Factor de tensión (Ft) = 1.00 (Considerando que no habrá variación de voltaje). c). Variación de la reflectancia y transmitancia de la luminaria (Frt) = 0.98 d). Fallo de lámparas (Fla) = 1.00 e). Temperatura ambiente de la luminaria (Fta) = 1.00 f). Luminarias con intercambio de calor (Flc) = 1.00 g). Degradación de la emisión luminosa de la lámpara (Fdl), = 0.92 h). Disminución de la emisión luminosa por suciedad (Fs), tomando la curva de muy limpio y considerando que las lámparas se limpien anualmente =

45 Factor de mantenimiento = Fr x Ft x Frt x Fla x Fta x Flc x Fdl x Fs. Sustituyendo, se tiene: Factor de mantenimiento = 0.95 x 1.00 x 0.98 x 1.00 x 1.00 x 1.00 x 0.92 x 0.93 Factor de mantenimiento, (F.M) = Cálculo del número de lámparas. El número de lámparas requerido, se obtiene aplicando la siguiente fórmula: No. de lámparas = (Nivel luminoso en lux) (Área) (Lúmenes por lámpara) (Coeficiente de utilización) (Factor de mantto.) No. de lámparas = (300) (7.80) (7.65) (1800) (0.69) (0.753) Número de lámparas = A continuación se muestra el arreglo de las luminarias, ver figura

46 a a a a a a a a a a a a a a a a a c d Diseño de la Instalación Eléctrica del Nuevo Colegio Motolinia de Poza Rica, Ver. Figura 3.4 Arreglo de Luminarias para un Salón de Clases. 46

47 3.5 Tableros de Alumbrado. Un tablero de alumbrado es un dispositivo que permite alimentar, proteger, interrumpen, miden y transfiere; los circuitos primarios son sistemas de alumbrado que se dividen en varios circuitos para iluminar diferentes zonas. Esto se hace para poder distribuir mejor la carga eléctrica, optimizando la operación y el control de los sistemas. De esta manera, el sistema eléctrico se puede dividir en tantos circuitos como se requiera, con lo cual, en caso de una falla, solo se saca de operación el circuito dañado, permaneciendo funcionando todos los restantes, lo que representa beneficios de continuidad en el servicio, sistemas confiables y seguros; todo lo cual se consigue con el uso de los tableros de distribución de alumbrado. Cada uno de los tableros mantendrá total independencia respecto de los demás, y contará con un interruptor principal que lo protegerá contra sobrecargas y contra cortocircuito, permitiendo desenergizar localmente al tablero cuando así se requiera. Para mejor entendimiento vemos el siguiente ejemplo del tablero B que corresponde al edificio de salones. Todos los tableros de alumbrado tienen su carga debidamente balanceada a valores que en ningún caso rebasan el 5 % Se determina el número de Watts que posee cada fase y el por ciento de desbalanceo el cual debe ser menor a 5 % para lo cual se aplica la siguiente formula: % de desbalanceo = (Fase mayor)- (Fase Menor) (Fase Mayor) x

48 Para cada nuestro caso los datos son los siguientes: Fase A 6777 Watts (Fase mayor) Fase B 6586 Watts (Fase menor) Fase C 6679 Watts % de desbalanceo = (6777)- (6586) (6777) X 100 = 2.81% Para este caso se necesita un tablero de alumbrado, tipo para 24 circuitos, servicio interior, 3 Fase 4 Hilos, con interruptor principal 1 Polo 100 Amperes, Catalogó NQOD424M100, Marca SQUARE D, equipado con 12 interruptores termomagnéticos de 1 Polo 15 amperes, 1 de 1 Polo 20 amperes y 2 de 3 Polos 15 Circuito Carga de alumbrado CUADRO DE CARGAS DEL TABLERO "B1" Carga de contactos Carga conectada a la fase (watts) Corriente Interruptor 1 No A B C TOTAL Amp. Polo - Amp CH P-15A CH P-15A CH P-15A CH P-15A CH P-15A CH P-15A CH P-15A CH P-20A TOTAL P-15A 48

49 Se determina el número de Watts que posee cada fase y el por ciento de desbalanceo el cual debe ser menor a 5 % para lo cual se aplica la siguiente formula: % de desbalanceo = (Fase mayor)- (Fase Menor) (Fase Mayor) x 100 Para cada nuestro caso los datos son los siguientes: Fase A 828 Watts Fase B 828 Watts (Fase mayor) Fase C 800 Watts (Fase menor) % de desbalanceo = (828) - (800) (828) X 100 = 3.28 % Para este caso se necesita un tablero de alumbrado, tipo para empotrar, servicio interior, 3 Fase 4 Hilos, zapatas principales, catalogó NQOD412L100CU, Marca SQUARE D, equipado con 8 interruptores termomagnéticos de 1 polo 15 amperes. 49

50 3.6 Alimentadores para Tablero. Para el cálculo de y el análisis de la caída de tensión nos valdremos del uso de las siguientes formulas: L x I e% 4 Ec. 1 E x s N W I Ec. 2 3 x220 Donde: I = Corriente (Amperes) W = Potencia, o carga total instalada (Watts) E N = Voltaje a Neutro e% = Caída de voltaje en por ciento L = Longitud del conductor en metros s = Sección del conductor en mm 2 Sustituyendo en la ecuación 1 los valores antes mencionados I A 3 x

51 Despejando de la ecuación 2 s S 4L x I E x e N Ec. 3 Sustituyendo los valores en la ecuación 3 los valores antes calculados y considerando una caída de tensión de 3% tenemos. S 4 x 107 x x mm 2 En virtud de que el cable tiene mm 2 de sección transversal y de acuerdo a la tabla de Nom 001 SEDE 1999 se observa que el calibre mas cercano a nuestra área resultante será el conductor calibre 3/0, el cual tiene un área de sección transversal de mm 2. Por lo que es adecuado para nuestro requerimiento. Selección del tubo: Usando el área de sección transversal antes calculado: 1. Determinamos el área del conductor. 2. Esta área se multiplica por el número de conductores. s = x 4 = Nota: 4 es el número de conductores 3. El área calculada en el punto anterior no deberá ser más de 40% del área total del tubo seleccionado. Las áreas s = x 4 = De los tubos que aparecen en la tabla número 7 Pág. 56 del libro del Manual de aplicaciones del reglamento de instalaciones Eléctricas de Enríquez Harper. 51

52 4.1 Tipo de Sistema. SUB-TEMA 4 SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR Tipos de Sistemas de Distribución. Existen diversos tipos de estructuras que se utilizan en las redes de distribución tanto en alta como en baja tensión, aéreas o subterráneas. Las estructuras más comúnmente empleadas en redes primarias son: Estructura Radial Estructura de Anillo Abierto Estructura de Anillo Cerrado Estructura en Malla Estructura en doble derivación Estructura en derivación Múltiple Estructura de alimentadores selectivos. a) ESTRUCTURA TIPO RADIAL. Es la más comúnmente empleada por su sencillez y por su bajo costo a pesar deque su continuidad esta limitada a una sola fuente. 52

53 b) ESTRUCTURA EN ANILLO. Este arreglo se construye a base de conductores de igual sección de su trayectoria, os cuales salen a partir de la subestación alimentadora, o de un alimentador troncal. Las redes en anillo pueden operar con un punto abierto (el cual por lo general es el punto medio del circuito). Cuando lo hacen así, se les conoce como redes en anillo abierto. Cuando se presenta una falla en estos arreglos, se selecciona el tramo para proceder a su reparación, siguiendo una serie de maniobras con los elementos de desconexión instalados a lo largo de los alimentadores troncales. Este tipo de estructura es propio para utilizarse en aquellos casos en donde los incrementos de carga futura, son muy pequeños detal suerte que se pueden absorber con los alimentadores iniciales sin que se tenga que modificar el diseño del sistema. c) ESTRUCTURA DE ANILLO CERRADO. El esquema de la estructura de anillo cerrado es similar a la del anillo abierto, varia únicamente en que para éste caso no existe un punto normalmente abierto. En general, la alimentación de los sistemas con estructura en anillo, puede proceder de una subestación eléctrica como en el caso de un alimentador troncal o de dos subestaciones independientes entre si. d) ESTRUCTURA EN MALLA. Este arreglo son las subestaciones las que están conectadas en secciónamientos. Los anillos operan en forma radial, para lo cual es necesario que uno de los seccionalizadores sea operador en forma normalmente abierto en a aquella subestación que se localice más próxima a ala mitad de la malla, en este caso redispone de enlaces entro los anillos para asegurar una alimentación de emergencia en los casos en que se requiera. Las fallas en el interior del anillo se resuelven normalmente haciendo maniobras entre grupos de subestaciones para la cual es necesario que la capacidad del cable corresponda al de la malla. 53

54 e) 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. f) ESTRUCTURA EN DERIVACIÓN MULTIPLE Esta Estructura se conforma de un número determinado de alimentadores, los cuales contribuyen simultáneamente a la alimentación de la carga. De hecho este arreglo es 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 número de alimentadores de 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. Para el sistema eléctrico del Nuevo Colegio Motolinia de Poza Rica, Ver. se ha optado por un sistema de estructura radial debido a las ventajas económicas que ofrece. 54

55 4.2 Diagrama Unifilar General. El 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. Para la realización de estos diagramas se utilizan simbología basadas en las normas técnicas, que aunque difieren de país a país o entre continentes, normalmente tiene mucha similitud entre si. El diagrama unifilar será de mayor calidad conforme más información técnica contenga; por esta razón se recomienda que durante su elaboración se tomen en cuenta los siguientes conceptos: o Siempre se inicia a partir del punto por donde energiza el sistema (acometida) o El diagrama unificar siempre será elaborado en una sola línea, no importa el numero de fases del sistema eléctrico que represente. o En los diagramas unifilares la acometida representada deberá complementarse con las características de la fuente o sistema de energía que alimenta, siendo los principales los siguientes: 1. Número de hilos 2. Número de fases del sistema 3. Frecuencia del sistema 4. Potencia de corto circuito 5. Voltaje entre fases o Se deberá disponer de un medio de desconexión capaz de desenergizar totalmente el sistema pudiendo ser este mismo dispositivo el que proporcione las protecciones contra sobre carga y corto circuito para todo el sistema. 55

56 o Los sistemas eléctricos que sean energizados por las compañías suministradoras deberán contar con equipos de medición para cuantificar las energías activas, reactivas y el factor de potencia. De acuerdo con la magnitud del sistema estos se pueden instalar en el lado de lata tensión (antes del medio de desconexión) o en el lado de baja tensión (secundario del transformador principal). o La representación de los alimentadores deberá incluir: 1. Cantidad de conductores por fase 2. Calibre de los conductores 3. Número total de 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 o En los transformadores de potencia su representación se deberá acompañar con la siguiente información: 1. Numero de fases 2. Potencia del transformador 3. Conexión de sus devanados 4. Impedancia 5. Relación de transformación 6. Tipo de enfriamiento Aquellos datos que por razones de espacio no se alcancen a representar sobre el plano del diagrama unifilar se pueden hacer uso de notas las cuales deberán incluirse en el mismo. A continuación se presenta el diagrama unifilar del Nuevo Colegio Motolinia. 56

57 CF-1 CF-1 Alimentador Subterráneo Transformador Principal según especificación ES-El-001 Cortacircuitos con fusibles 3-TC S De concreto de transición Aéreo-subterránea De concreto de transición Aéreo-subterránea 2-TP S Equipo de medición Propiedad de CFE (montado en poste de concreto) Apartarrayos CF-2 3P 400A Tablero de distribución TDB-1 Punto de entronque con la red de distribución urbana propiedad de CFE 3P 100A 3P 100A 2P 50A 3P 100A 3P 50A 3P 50A 2P 50A 3P 50A TA TB TC TD TE TF TG TH CC1 CC2 CC3 CC4 TA.- Tablero A TB.- Tablero B Simbología TC.-Tablero C TD.- Tablero D Tablero de alumbrado TE.- Tablero E TF.- Tablero F Cortacircuito con fusible Transformador TG.- Tablero G TH.- Tablero H CC.- Centro de Carga Punto de transición Apartarrayo s UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Figura 4.1 Diagrama unifilar Sustenta: Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 57

58 4.3 Acometida. El punto de acometida a partir de cual se energizará el sistema eléctrico del Nuevo Colegio Motolinia en Poza Rica Veracruz, a partir del alimentador será subterránea, interconectándose del poste del alimentador aéreo existente, perteneciente a la red de distribución urbana de Poza Rica Veracruz y que esta localizado 2.5 m de la barda perimetral del terreno del Colegio. En la transición se deberá instalar equipo de protección y seccionalización, además de los apartarrayos para a la protección contra sobrevoltaje. El sistema de alimentación será trifásico, a 3 hilos, 60 Hz, en 13,200 volts y con una potencia de corto circuito de 100 MVA S. de acuerdo con la información proporcionada por la Comisión Federal de Electricidad. a) Cálculo de alimentador primario En la selección de conductores para redes subterráneas se debe tomar en consideración varios conceptos entre los cuales el punto de vista eléctrico esta la selección por capacidad de conducción y por corto circuito. b) Cálculo de conductores por capacidad de conducción. Para calcular la corriente total se debe considerar la carga que se va a conectar y aplicar la siguiente formula: FASE 3 PotenciaNomin al x Voltajeentre fases Con el valor de la corriente y consultando la información del fabricante de cables de energía se selecciona el calibre apropiado. 58

59 4.4 Análisis de Carga. El objetivo del análisis es obtener la capacidad de la subestación que abastecerá la demanda de energía eléctrica del Nuevo Colegio Motolinia, así como las futuras ampliaciones del mismo. Para llevar a cabo este análisis es necesario desglosar la carga conectada de cada inmueble donde requiera energía eléctrica y posteriormente obtener la demanda total del colegio. En la siguiente tabla se muestran los cuadros de carga de los tableros de alumbrado, totalizando la carga conectada en cada fase. CUADRO DE CARGAS Cuadro de cargas Tablero Carga conectada Fase, Watts Total KW Fase A Fase B Fase C A B C D E F G H Totales Tabla 4.1 Cuadro de cargas Carga total conectada = Kw. 59

60 De la anterior tabla se concluye que la carga total conecta del consumo de alumbrado del Nuevo Colegio Motolinia es de Kw. Los equipos de aire acondicionado con los que contara el Nuevo Colegio Motolinia de Poza Rica, Ver. son del tipo minisplit, los cuales se encuentran instalados en toda la infraestructura del Colegio, brindando un mayor confort a los estudiantes, personal docente y administrativo que en él laboran. La capacidades de los equipos de aire acondicionado son 4 Hp. modelo techo de BTU cada uno. Utilizando 32 equipos en total. De lo cual obtenemos una carga total de: 32 equipos en total 0.746Kw 4 hp Kw 1hp 32 x Kw. = Kw. Las bombas de Contra Incendio son sistemas de refuerzo especializado que cumple con las especificaciones de diseño establecido por la National Fire Protection Association para este tipo de equipo. La Asociación Nacional de Protección Contra Incendios publica una información que establece los requerimientos mínimos para bombas centrifugas Contra Incendios; debe aprobarse el sistema completo, incluyendo la fuente de poder, el equipo de control y el suministro de agua. En el nuevo Colegio Motolinia de Poza Rica, Ver. se tendrá un sistema de 13 hidratantes distribuidos estratégicamente en toda el área del mismo. Como este Colegio no se considera una zona de alto riesgo de incendio se selecciona una bomba de Contra Incendio de menor capacidad en comparación con las capacidades de las bombas de las zonas de alto riesgo (industrias). La bomba seleccionada para este sistema es de 5 Hp de tipo eje horizontal con carcaza partida y de un solo paso, teniendo un consumo de energía de 60

61 0.746Kw 5 hp Kw 1hp El Nuevo Colegio Motolinia de Poza Rica, Ver. 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 de tipo sumergible en acero inoxidable. Para la selección de esta bomba se considero lo siguiente: Volumen Tiempo Altura Por lo cual se determino que el Colegio utilizara una bomba sumergible con una potencia de 5 Hp. Teniendo un consumo en Kw. de: 0.746Kw 5 hp Kw 1hp 61

62 Al término de este análisis obtenemos como resultado la capacidad de la subestación que abastecerá satisfactoriamente la demanda de energía eléctrica del Nuevo Colegio Motolinia. 1) CA = Carga de alumbrado y contactos 2) AA =Aire Acondicionado 3) BCI = Bomba de Contra Incendio 4) BPP = Bomba de Pozo Profundo 5) CTCM = Carga total del Colegio Motolinia 6) CTCM = CA + AA + BCI + BPP CTCM = Kw Kw Kw Kw. = Kw. 62

63 4.4 Capacidad y Especificación del Transformador. El transformador es la parte más importante de una subestación eléctrica, su función es la de transferir energía eléctrica de un circuito primario a otro secundario, por lo general ambos circuitos operan a diferente tensión y solo están acoplados magnéticamente. Las subestaciones se pueden clasificar de acuerdo a lo siguiente: 1). Por su potencia a) Subestación eléctrica o de potencia b) Subestación eléctrica de distribución 2). Por su Construcción a. Tipo intemperie (para operación en el exterior) b. Tipo interior (para operación bajo techo) c. Tipo blindado (para operación en interiores o exteriores) 3). Por su enfriamiento 3.1) Transformador tipo seco. Con enfriamiento con aire natural. Con circulación forzada del aire en el exterior por medio de ventiladores. Con circulación forzada de aire en el núcleo y los devanados. 63

64 3.2) Transformadores en aceite. a) Circulación natural del aceite y del aire ( tipo OA) b) Circulación natural del aceite y aire auxiliado por circulación forzada del aire con ventilación en los tubos radiadores. c) Circulación forzada del aceite y circulación natural del aire, d) Circulación forzada del aire y circulación forzada del aire. e) Circulación forzada del aire y circulación forzada del agua por medios externos. f) Circulación forzada del agua. 64

65 4.4.1 CALCULO DEL TRANSFORMADOR Considerando un factor de potencia del 90% se tiene: Carga total del Colegio Motolinia es de Kw. / 0.9 = Para obtener la capacidad del transformador, es necesario calcular los KVA S mediante la siguiente formula que se requiere para satisfacer las necesidades de energía del Colegio mas un 25% por ampliaciones futuras por esta razón se tiene que: Capacidad de la subestacion x La carga se puede suministrar con un trasformador de 300 KVA Por el tipo de instalación y razones de estética se seleccionó una subestación compacta, servicio exterior con transformador tipo pedestal ( Pad Mounted ), cuya configuración y acabado armoniza con el entorno del lugar donde se localizará sin representar un contraste o adefesio arquitectónico. El equipo de transformación es trifásico y cuenta con una capacidad para suministrar el servicio a toda la carga de servicios de alumbrado interior y exterior, previéndose capacidad disponible para los crecimientos de carga que pudieran presentarse en el futuro; su devanado primario estará conectado en Delta y el secundario en conexión estrella con neutro aterrizado de esta manera se dispondrá de 220 Volts entre fases y 127 Volts entre fase y neutro. 65

66 El transformador será autoenfriado en aceite y contará con cuatro cambiadores de derivación (dos arriba y dos abajo del voltaje nominal) del 2.5 % cada una de ellas de operación sin carga, construido conforme a las siguientes normas: NOM 002-SEDE-1997 (Productos Eléctricos) Requisitos de seguridad y ahorro de energía para transformadores de energía NOM-J116-ANCE (Productos Eléctricos) Transformadores de distribución NOM-J123 Aceite Aislante no inhibido para transformadores NMX-J169 ANCE (Productos Eléctricos) Transformadores y autotransformadores de distribución y potencia, Métodos de Prueba NMX-J285 ANCE (Productos Eléctricos) Transformadores de Pedestal 66

67 El transformador deberá tener las siguientes características principales: Capacidad: 300 KVA Tipo de enfriamiento: OA-Enfriamiento propio por medio de aceite aislante. Servicio: Exterior Tipo de sistema: Radial Tensión y Conexión del Primario: 13.2 KV, Delta (± 5%) Tensión y Conexión del Secundario: KV entre fases- 127 de fase a tierra, Estrella. Fases: 3 Frecuencia: 60 cps Sobrecalentamiento: 65º C sobre temperatura ambiente considerada de 30º C y máxima de 40ºC. Neutro: Fuera del tanque Impedancia: 5% Max. Garantizada Clase de Aislamiento en alta tensión: 15KV Clase de Aislamiento en baja tensión: 2.5 KV Nivel básico al impulso (BIL) en alta tensión: 90 KV Nivel básico de impulso (BIL) en baja tensión: 60 KV Derivaciones en el Primario: 4 de ± 2.5 % c/u (2 arriba y 2 abajo del voltaje nominal de alta tensión). Elevación sobre el Nivel del mar: 1,000 M.S.N.M. 67

68 Las derivaciones podrán operarse manualmente desde fuera del tanque solamente cuando el Transformador se encuentre desenergizado. Se diseñara para que su máxima eficiencia sea al 100% de la carga con un mínimo de 98.5%. Deberá resistir en caso de una emergencia una operación al 110% del voltaje nominal durante un periodo de tiempo indefinido. CONSTRUCCION El transformador será tipo pedestal El transformador será sumergido en baño de aceite aislante. El transformador constara de un tanque de placa de acero soldada, con compartimientos independientes para Alta y Baja Tensión El Transformador deberá contar con orejas o ganchos para levantarlo El Transformador deberá estar equipado con registro de inspección y válvula de sobrepresión. La base del Transformador se fabricara con material estructural apropiado para rodamiento en cualquier dirección, incluyendo refuerzos para palanqueo y apoyos para gatos. Las terminales del primario (A.T) consistirán de 3 boquillas (Bushings) para línea de alta tensión, con conectores, montados sobre la cara frontal del tanque del Transformador. Los cables primarios (A.T.) serán del tipo Vulcanel XLP para 15 KV, cal. No. 1/0 AWG (uno/fase), los cuales se recibirán por la parte inferior frontal. Las terminales del secundario (B.T.) consistirán de 3 boquillas (Bushings) para líneas de baja con capacidad suficiente y con conectores montados sobre la cara lateral opuesta del tanque del Transformador (lado derecho visto desde el frente), protegidas, provista con un espacio libre al frente y por abajo para recibir los 68

69 conductores de baja tensión. La salida de los cables también será por la parte inferior frontal. La terminal del neutro consistirá de una boquilla (Bushings) con conector localizada junto con las terminales del secundario dentro de la cámara.. Todas las juntas en el tanque del Transformador, registro de inspección, boquillas (Bushings), etc., estarán debidamente selladas de modo que hagan un sello perfecto. ACCESORIOS. a) El Transformador deberá contar con los siguientes accesorios básicos además de cualquier otro no indicado, pero que sea requerido por las normas de fabricación o necesario en el diseño del Fabricante, o bien para que tenga el correcto funcionamiento del equipo. b) Apoyo para gatos c) Base adecuada para rodamiento, deslizamiento y palanqueo. d) Cambiador de derivaciones de operación desenergizada con manija fuera del tanque y previsión para asegurarse con candado. e) Cámara o compartimiento para recibir la acometida en 13.2 KV. f) Gabinete para instrumentos o dispositivos de protección g) Ganchos u orejas para levantamiento de la cubierta h) Ganchos u orejas para levantamiento del equipo i) Indicador del nivel de aceite tipo magnético con carátula j) Indicador de presión y vacío con carátula k) Placa de características del Transformador. l) Provisión para conexión del tanque a tierra m) Previsión superior para filtro presa 69

70 n) Registro de mano en la cubierta o) Termómetro para aceite con carátula p) Terminales de conexión en A.T. case 15 KV q) Válvula de drenaje y muestreo e inferior de filtro prensa r) Válvula superior de filtro prensa s) Válvula de sobrepresión t) Aceite aislante necesario 70

71 SUB-TEMA 5 ESTUDIO DE CORTO CIRCUITO Y SELECCIÓN DE PROTECCIONES 5.1 Procedimientos de Cálculos. Corto-circuito.- En una forma muy simple se puede decir que se produce un cortocircuito cuando existe contacto entre dos o más conductores de distintas fases o entre un conductor de fase y tierra, los cortocircuitos normalmente aumentan en forma considerable la magnitud de la corriente que circula por los circuitos eléctricos. El cortocircuito es una situación indeseable en un sistema eléctrico pero que se puede presentar eventualmente teniendo diversos orígenes como por ejemplo una sobretensión por descarga atmosférica, una falla de aislamiento por envejecimiento prematuro, alguna maniobra errónea, etc., Y en estas condiciones se debe estar en posibilidad de conocer en todos los puntos de una instalación las magnitudes de las corrientes de cortocircuito. En forma general se puede decir que de un estudio de cortocircuito proporciona información que permite: Calcular las corrientes de cortocircuito para diferentes tipos de fallas, en distintos puntos del sistema lo cual permite especificar los elementos principales de protección. Determinar las potencias de cortocircuito en los términos del inciso anterior para especificación y coordinación de protecciones. 71

72 Principales Métodos para Determinar los Valores de Cortocircuito en Sistemas Eléctricos. Existen diversos métodos para determinar los valores de cortocircuito en sistemas eléctricos, dentro de los cuales se distinguen dos grandes grupos a saber: I. Métodos Aproximados. II. Métodos Exactos. III. Métodos Estimativos I. Métodos Aproximados Los métodos aproximados son los de mayor empleo en los sistemas eléctricos del tipo industrial, sobresaliendo los siguientes: 1) El Método Ohmico. 2) El Método Por Unidad. 3) El Método de los MVA S II. Métodos Exactos Los métodos exactos se utilizan en estudios científicos, laboratorios de investigación y cátedras universitarias y están representados prácticamente por: El Método de las Componentes Simétricas. III. Métodos Estimativos Existen tablas 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 (menos de 600 Volts). 72

73 1) Método Ohmico. (Ohms sobre una base común en KV). Como ya se ha mencionado, se trata de obtener un falla en las cuales todas la impedancias están referidas a una base con el fin de poder efectuar todas las combinaciones y reducciones necesarias para llegar a representar todo el sistema por medio de una impedancia única equivalente entre la fuente y la falla. Esto requiere determinar una impedancia Z 2 que pueda ser usada con un voltaje arbitrariamente seleccionado V 2 tal, que toma la misma potencia en KVA que cuando la impedancia real Z 1 se use con el voltaje real V 1. Lo anterior se puede representar algebraicamente de acuerdo ala ecuación siguiente: Ec-5.1. Como V V I I 2 Z 1 I V Z V ; 1 I Y 1 I 1 V 2 V Z 1 1 Z 2 I 2 Ec Ec Ec Sustituyendo en V V V V1 Ec Z2 Z1 5.4 Z V 1 2 Z1 Ec Z1 5.5 Por otra parte, para determinar la corriente sobre la base real se tiene que emplear la ecuación Ec

74 I V I Ec V ) Método de los MVA S Este método permite conocer los valores máximos de falla en cualquier punto de un sistema, así como la correspondiente distribución de corrientes en los ramales que concurren a cada uno de los puntos que conforman al sistema. Como en todos los procedimientos en análisis se inicia a partir de un diagrama unifilar sobre el cual se indican los valores de reactancia por unidad de cada elemento que lo integran. Estos valores de reactancia deben estar referidos a la base de un MVA usando siempre la reactancia subtransitorias. Posteriormente se supone un cortocircuito directamente en las terminales de todos y cada uno de los interruptores y se trazan dos flechas convergiendo a cada uno de ellos. Estas flechas indicaran el sentido del flujo de corriente hacia la falla, proveniente de las fuentes de energía existentes en el lado correspondiente al origen de cada flecha. El cálculo se inicia a partir de las fuentes y de los generadores del sistema, anotando junto a las flechas los valores de reactancia correspondientes. El reciproco de estos valores es la magnitud de cortocircuito en MVA S simétricas con que cada fuentes contribuye a la falla en las terminales del interruptor y se anota en la parte superior de cada una de las reactancias. 74

75 Siguiendo desde todos los puntos de generación hasta las cargas, en aquellos puntos donde convergen dos o mas fuentes de suministro de corriente de falla, se deben sumar los MVA S de falla concurrentes, siendo el resultado la magnitud de cortocircuito en las terminales del interruptor. Este valor se deben anotar, así como su reciproco que representa la reactancia combinada del sistema que esta conectado en ese lado del interruptor. Continuando el procedimiento hasta el interruptor que se encuentre en el ramal escogido, anotando primero la reactancia del sistema hasta el mismo, la cual se obtiene sumando la reactancia combinada del interruptor anterior con la reactancia del equipo y alimentadores que se encuentren entre estos dos interruptores. El reciproco de esta reactancia a su vez será la magnitud de cortocircuito con la cual la parte hasta aquí considerada del sistema, contribuye a una falla directamente en las terminales de éste interruptor Se procede en forma análoga desde todos los puntos de generación hasta los puntos más alejados, para tener finalmente junto a cada interruptor las magnitudes de cortocircuito con que contribuirá cada lado del interruptor a una falla originada en el propio interruptor. Finalmente, el valor mayor que se haya anotado para cada interruptor, multiplicado por el factor de asimetría indicara la potencia máxima de cortocircuito asimétrico que deberá ser capaz de resistir cada interruptor y por tanto deberá ser la base para la selección de éstos. 75

76 3) Método en Porcentaje (porcentual) Este método es el normal para el calculo de cortocircuito en sistemas eléctricos, ya que generalmente las impedancias de las maquinas vienen expresadas en porcentajes. El porcentaje de reactancias se define como el porcentaje de voltaje nominal, ya que es consumido por caída de voltaje en las reactancias cuando circula la corriente nominal, es decir: In ohms % reactancia 100% Ec V n 5.7 En donde I n = corriente nominal, V n = voltaje nominal. Empleando la misma definición, el porcentaje de resistencia es: In ohms % reactancia 100 Ec V n 5.8 En este caso se utiliza una potencia en KVA como base en lugar de un voltaje base, obteniéndose: Z KVA base Z Ec 2 1 KVA1 5.9 KVA 1 = KVA nominal (base 1). Z 2 = impedancia referida de tres fases: Y también para un sistema de tres fases: 76

77 100 KVABASE I 1 3 Z KV Ec ep 5.10 En los cálculos de cortocircuito se llega a un punto en que hay que decir si se deben utilizar ohms por ciento u ohms por unidad; la relación entre estos queda expresada por la siguiente ecuación (Ec-5.14). reactancia en ohms potenciabase % reac tancia Ec 2 KV reactanciaen ohms potenciabase KVA % reac tancia Ec 2 KV % reactancia reactancia en % KVA BASE KV 2 10 Ec 5.13 Reac tancia por unidad reactanciaen % 100 Ec 5.14 Los KVA base pueden ser del generador o transformador de alineación como base. En los sistemas mayores con diversas fuentes, generalmente resulta más fácil elegir una potencia base 1, 000, 10,000 o 100,000 KVA. Una vez elegida la potencia base, deben convertirse las reactancias ohmicas de los cables, conductores, transformadores de instrumentos, etc., en reactancias en porcentaje, en por 77

78 unidad, en por unidad a la base ya elegida; si se emplea la reactancia en ohms se debe de convertir todas las reactancias en porcentaje a valores en ohms. Las reactancias de generadores, transformadores y motores, generalmente están expresadas en porcentaje de su propio régimen en KVA, y por lo tanto sus reactancias deben convertirse a una base común elegida para el estudio por medio de la ecuación Ec Reactancia en porcentaje KVA KVA BASE BASE1 2 Reactancia en % a la base1 a la base Ec 5.15 La red de un sistema debe estar representada por una reactancia en el diagrama de impedancias: a veces esta reactancia del sistema esta expresada en porcentaje sobre determinada base, en cuyo caso solo es necesario convertir este valor a ala base común empleada en el diagrama de impedancias. En algunos casos las compañías suministradoras de energía proporciona la potencia en KVA de cortocircuito con la intensidad que el sistema puede entregar en el lugar; en otros solo se le conoce la capacidad de interrupción del interruptor de la línea de llegada. En estos casos, para convertir los datos disponibles en reactancias en porcentaje sobre la base en KVA empleada en el diagrama de reactancia se puede utilizar las ecuaciones (Ec- 46, Ec-5.17, Ec-5.18) siguientes: Si se da la potencia de cortocircuito en KVA: kvabase del siagramade reactancia 100 reactanciaen % porcentajeen KVA de cortocircuito del sistema EC

79 Si se da como dato la corriente de cortocircuito: reactancia en % kva I base del siagramade reactancia 100 3KV nomin al del sistema CORTOCIRCUITO EC 5.17 Si se conoce el régimen de interrupción en KVA del interruptor de entrada: kvabase del siagramade reactancia 100 reactancia en % EC regimende int erupcióndel int erruptoren KVA La corriente de cortocircuito simétrica se puede determinar por medio de diversas, como por ejemplo las ecuaciones Ec-5.19, Ec-5.20, Ec-5.21: 5.18 formulas I CORTOCIRCU ITO KVABASE % 3KV Ec 5.19 I CORTOCIRCU ITO KVA X P. U BASE 3KV Ec 5.20 I CORTOCIRCU ITO KVA BASE reactancia en ohms Ec 5.21 La potencia simétrica de cortocircuito en KVA se obtiene de manera semejante (Ec-5.20, Ec-5.23, Ec-5.24): Potencia CORTOCIRCU ITO KVA 100 X% KVA BASE Ec 5.22 Potencia CORTOCIRCU ITO KVA KVA X BASE P. U Ec

80 Potencia CORTOCIRCUITO KVA 3 voltajeentrelinea y neutro reactanciaen ohms Ec 5.24 La formula que se escoja dependerá de la manera en que se halla elegido el diagrama de reactancias o impedancias, así como la formula en que se desee obtener el resultado, es decir, si en potencia o en corriente de cortocircuito. 80

81 5.2 Capacidad de Corto Circuito. En este Subtema se efectuará el cálculo y selección de protecciones contra sobrecorriente de la instalación eléctrica del Nuevo Colegio Motolinia de Poza Rica. El elemento principal de cualquier instalación eléctrica la constituyen la subestación y los conductores, de tal forma que debe existir una seguridad en la instalación eléctrica que garantice la capacidad del conductor de corriente en los conductores y así poder darle mantenimiento sin peligro alguno ya que una sobrecorriente puede alcanzar valores desde una pequeña sobre carga, hasta valores de corriente de cortocircuito dependiendo de la localización de la falla en el circuito. La protección contra sobrecorriente asegura que la corriente se interrumpirá antes de un valor excesivo pueda causar daño al conductor mismo o a la carga que alimenta Cálculo de la Corriente de Corto Circuito. En este caso el método que se utilizara es el método de los MVA S el mismo que permite conocer los valores máximos de falla en cualquier punto de un sistema, así como la correspondiente distribución de corriente en los ramales que concurren a cada uno de los puntos que conforman el sistema. Como en todos los procedimientos el análisis se inicia a partir de un diagrama unifilar sobre el cual se indican los valores de reactancias por unidad de cada elemento que lo integran. Estos valores de reactancia deben estar referidos a la base de un MVA usando siempre la reactancia subtransitoria. 81

82 Posteriormente se supone un cortocircuito directamente en las terminales de todos y cada uno de los interruptores y se trazan dos flechas convergiendo a cada uno de ellos. Estas flechas indicaran el sentido del flujo de corriente hacia la falla proveniente de las fuentes de energía existentes en el lado correspondiente al origen de cada flecha. El cálculo se inicia a partir de las fuentes y de los generadores del sistema, anotando junto a las flechas los valores de reactancia correspondientes. El reciproco de estos valores es la magnitud de cortocircuito en MVA S simétricos con que cada fuente contribuye a la falla en las terminales del interruptor y se anota en la parte superior de cada una de las reactancias. Siguiendo desde todos los puntos de generación hasta las cargas, en aquellos puntos donde convergen dos o más fuentes de suministro de corriente de falla, se debe sumar los MVA S de falla concurrentes, siendo el resultado la magnitud de cortocircuito en las terminales del interruptor. Este valor se debe anotar, así como su reciproco que representa la reactancia combinada del sistema que esta conectado en aselado del interruptor. Continuando el procedimiento hasta el interruptor que se encuentre en el ramal escogido anotando primero la reactancia del sistema hasta el mismo, la cual se obtiene sumando la reactancia combinada del interruptor anterior con la reactancia del equipo y alimentadores que se encuentren entre estos dos interruptores. El reciproco de ésta reactancia a su vez será la magnitud de cortocircuito con la cual la parte hasta aquí considerada del sistema contribuye a una falla directamente en las terminales de éste interruptor. Se procede en forma análoga desde todos los puntos de generación hasta los puntos más alejados, para tener finalmente junto a cada interruptor las magnitudes de cortocircuito con que contribuirá cada lado del interruptor a una falla originada en el propio interruptor. 82

83 Finalmente, el valor mayor que se haya anotado para cada interruptor, multiplicado por el factor se asimetría indicará la potencia máxima de cortocircuito asimétrico que deberá ser capaz de resistir cada interruptor y por tanto deberá ser la base para la selección de éstos. Los valores para el factor de asimetría son: Interruptores de potencia Tiempo de apertura de 8 ciclos..1.0 Tiempo de apertura de 5 ciclos..1.1 Tiempo de apertura de 3 ciclos..1.2 Tiempo de apertura de 2 ciclos..1.4 Fusible (arriba de 1500 volts) 1.6 Fusible (baja tensión) Interruptores termomagnéticos

84 CF-1 CF-1 Alimentador Subterráneo Transformador Principal según especificación ES-El-001 Cortacircuitos con fusibles 3-TC S De concreto de transición Aéreo-subterránea De concreto de transición Aéreo-subterránea 2-TP S Equipo de medición Propiedad de CFE (montado en poste de concreto) Apartarrayos CF-2 3P 400A Tablero de distribución TDB-1 Punto de entronque con la red de distribución urbana propiedad de CFE 3P 100A 3P 100A 2P 50A 3P 100A 3P 50A 3P 50A 2P 50A 3P 50A TA TB TC TD TE TF TG TH CC1 CC2 CC3 CC4 TA.- Tablero A TB.- Tablero B Simbología TC.-Tablero C TD.- Tablero D Tablero de alumbrado TE.- Tablero E TF.- Tablero F Cortacircuito con fusible Transformador TG.- Tablero G TH.- Tablero H CC.- Centro de Carga Punto de transición Apartarrayo s UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Figura 5.1 Diagrama unifilar Sustenta: Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 84

85 5.2.2 Calculo de cortocircuito del Nuevo colegio Motolinia en Poza Rica Ver. Las impedancias y potencias de todos los elementos que constituyen al sistema son: Impedancia de la fuente a).-la potencia de cortocircuito en el punto de acometida, según los datos proporcionados por la compañía suministradora es de 100 MVA S, por los que el valor de la impedancia del sistema referido a la base 1 MVA Sim P cc Z 1 0 / 1 X Potencia.. Base...( KVA) Z. 0/1 P 1 Sim cc X Potencia.. Base Sustiyendo valores: Z.0/1 1 MVA 100 MVAS 0.01 Impedancia del transformador de 300 KVA b).- De acuerdo con los datos del fabricante, resulto ser de 5 % que expresados en P.U respecto de su propia base, resulta ser 0.05, los cuales referidos a la base de 1 MVA resulta ser: Z PU KVA Base Base 2 x ZPUBase1 x 0.05 KVA Base

86 c).- La impedancia para un conductor calibre 2/0 AWG con una longitud de 25 mts. con impedancia de ft ft ft x 1 mt mts. Z = mts x 25 mts = Ohms Que en P.U y con base en 1 MVA resulta ser: Z PU 2 Z( Ohms) x KVA 2 ( Kv) x1000 Base x (13.2) x Impedancia del tablero TDB-1 a tableros de edificios d).- La impedancia para un conductor calibre 2/0 tiene un valor de ft con una longitud de 111mts ft ft x 1 mt mts. Z = mts x 111 mts = Ohms Que en P.U y con base en 1 MVA resulta ser: Z PU 4 Z( Ohms) x KVA 2 ( Kv) x1000 Base x (0.220) x

87 e).- La impedancia para un conductor calibre 3/0 tiene un valor de ft con una longitud de 107 mts ft ft x 1 mt mts. Z = mts x 107 mts = Ohms Que en P.U y con base en 1 MVA resulta ser: Z PU 5 Z( Ohms) x KVA 2 ( Kv) x1000 Base x (0.220) x f).- La impedancia para un conductor calibre 4 tiene un valor de ft con una longitud de 106 mts ft ft x 1 mt mts. Z = mts x 10 6mts = Ohms Que en P.U y con base en 1 MVA resulta ser: Z PU 6 Z( Ohms) x KVA 2 ( Kv) x1000 Base x (0.220) x g).- Para el calculo de Z PU7= 0 Por tener una longitud muy corta no se considera en el calculo. 87

88 h).- La impedancia para un conductor calibre 2 tiene un valor de ft con una longitud de 73 mts ft ft x 1 mt mts. Z = mts x 73 mts = Ohms Que en P.U y con base en 1 MVA resulta ser: Z PU 8 Z( Ohms) x KVA 2 ( Kv) x1000 Base x (0.220) x i).- La impedancia para un conductor calibre 6 tiene un valor de ft con una longitud de 22 mts ft ft x 1 mt mts. Z = mts x 22 mts = Ohms Que en P.U y con base en 1 MVA resulta ser: Z PU 9 Z( Ohms) x KVA 2 ( Kv) x1000 Base x (0.220) x j).- La impedancia para un conductor calibre 2 tiene un valor de ft con una longitud de57 mts. 88

89 ft ft x 1 mt mts. Z = mts x 57 mts = Ohms Que en P.U y con base en 1 MVA resulta ser: Z PU 10 Z( Ohms) x KVA 2 ( Kv) x1000 Base x (0.220) x k).- La impedancia para un conductor calibre 6 tiene un valor de ft con una longitud de 109 mts ft ft x 1 mt mts. Z = mts x 109 mts = Ohms Que en P.U y con base en 1 MVA resulta ser: Z PU 11 Z( Ohms) x KVA 2 ( Kv) x1000 Base x (0.220) x Impedancia del grupo de motores conectados al bus de 220 volts. l).-para un grupo de motores de que operan en baja tensión Z = 25% que en pu resulta ser Z PU =0.25 La carga de motores es de KW y en KVA será: 89

90 KVA 1 KW FP Sustituyendo en: KVA Base1 x KVA1 Z PU 12 Z m).- Elaboración del diagrama de impedancias ver Anexo No. 10 y 11 90

91 Calculo de la corriente de corto circuito KVABASE 1000 ICC Sim Amps. Sim. 3 x Z. PU xkv 3 x 1.40 x 0.22 Eq Los interruptores de baja tensión tienen un factor de simetría de 1.25 por lo que la corriente de corto circuito asimétrica que deberán de ser capaces de resistir los interruptores que se conecten al bus de 220 volts deberá ser de: I CC Asimétrica = 1.25 x = Amps Asimétricos. Todos los interruptores que se instalen en el bus de 220 volts deberán de tener una capacidad interruptiva minina de Amperes Simétricos. Interruptor Marca Catalogo Icc Calculada Icc Catalogo 3 P x 100 A Square D NQOD424M100CU A. Sim 10,000 A. Sim 1P x 15 A Square D NQOD412M100CU A. Sim 10,000 A. Sim 1P x 15 A Square D NQD12M100CU A. Sim 10,000 A. Sim Tabla 5.1 Tableros NQOD de la marca Square D 91

92 5.4 Selección de Dispositivos de Protección. Todo sistema eléctrico es susceptible de sufrir fallas tanto en el equipo como en las instalaciones eléctricas, por lo tanto, es necesario contar con protecciones adecuadas para que el daño provocado sea el mínimo. En base a estas necesidades se pueden establecer los objetivos principales de las protecciones: Conectar y desconectar el flujo de corriente eléctrica de cualquier elemento cuando sufre alguna falla o empieza a funcionar en forma anormal, que puede ocasionar un daño o represente un peligro para el personal o para el funcionamiento eficaz del resto del sistema. La selección del dispositivo protector adecuado consiste de dos aspectos: Determinar capacidades requeridas. Determinar requerimientos de operación Capacidades requeridas Estas son: Capacidad continúa de corriente. Capacidad interruptiva. Voltaje nominal requerido 92

93 5.4.2 Requerimientos de operación. Tomado únicamente en como criterio el aspecto de las Capacidades Requeridas, puede ser aparente que dos o más dispositivos puedan satisfacer una aplicación determinada, por lo tanto hay que establecer otros requerimientos prácticos como son: a) Flexibilidad. b) Confiabilidad. c) Robustez. d) Mantenimiento. e) Refacciones y accesorios. f) Medio ambiente. g) Economía, etc. Las protecciones eléctricas mínimas que se pueden establecer para proteger un motor, deben contemplar la protección contra sobre cargas y protección contra corto circuito Criterios para la selección de protecciones contra sobrecorriente. Los sistemas de protección constituyen hoy en el sector eléctrico una de las más complejas y cambiantes disciplinas, debido a la evolución experimentada en los sistemas eléctricos, también en los adelantos tecnológicos introducidos en los equipos. En el sentido amplio de la palabra, se puede definir el concepto de protección como el conjunto de equipos necesarios para la detección y eliminación de los incidentes en los sistemas o en las instalaciones eléctricas. La protección ideal sería aquella que actuara solamente ante los disturbios para los que a sido instalada, que lo hiciera en el menor tiempo posible. 93

94 Protección contra sobrecargas. Un motor con máquina simple llevará cualquier carga, aun si ésta es excesiva, excluyendo la corriente de arranque o la de rotor bloqueado, un motor demanda una corriente cuando está en operación, y que es proporcional a la carga, la cual va desde la corriente sin carga, hasta la corriente a plena carga cuyo valor se encuentra estampado en la placa del motor. Cuando la carga excede el par normal del motor, este demanda una corriente más elevada que la corriente a plena carga y esta condición se considera como una sobrecarga. La sobrecarga máxima existe bajo las condiciones del rotor bloqueado, en las cuales la carga es tan excesiva que el motor se para o no se puede arrancar y como consecuencia, demanda la corriente de rotor bloqueado. El efecto de las sobrecargas es una elevación de temperatura en el devanado del motor, mientras mayor sea la sobrecarga, más rápidamente se incrementara la temperatura a un punto tal que daña los aislantes y la lubricación del motor, todas las sobre cargas acortan la vida del motor. Existe una relación inversa entre la magnitud de la corriente y el tiempo, mientras mayor sea la corriente, más corto será el tiempo en que el motor se dañe. El dispositivo de protección mas adecuado será aquel que le permita al motor operar con ligeras sobrecargas sin sufrir ningún daño, pero con la característica de que actuara rápidamente desconectando al motor cuando se presente una fuerte sobrecarga. La protección ideal de sobrecarga para un motor, sería un elemento con propiedades sensitivas de la corriente. La operación del dispositivo protector será tal que al motor se le permite llevar sobrecargas sin daño, pero que rápidamente le desconectará de la línea cuando la sobrecarga persiste por más tiempo. 94

95 CLASIFICACIÓN DE LAS SOBRECARGAS SEGÚN SU ORIGEN De acuerdo con su origen las sobrecargas pueden ser de dos tipos, a saber: Sobrecargas de tipo mecánico. Sobre carga de tipo eléctrico. Una sobrecarga del tipo mecánico es aquella que se presenta cuando el motor es sometido a un esfuerzo mayor que su potencia nominal; la sobrecarga máxima de origen mecánico que se puede presentar es aquella es aquella que se manifiesta cuando el rotor esta bloqueado. La protección contra este tipo de disturbio queda cubierta por el mismo dispositivo que protege al motor contra sobrecargas que se presentan durante el arranque del motor. (Art. 430 C del Nec) La sobrecarga máxima de tipo eléctrica que se puede presentar es aquella que se manifiesta cuando sucede un cortocircuito o una falla a tierra, estos valores son mucho mayores que las corrientes de rotor bloqueado. Las estipulaciones para determinar el equipo de Protección contra este tipo de disturbio se encuentran incluidas en el art. 430 sección D del Nec. Protección Contra Sobreintensidades Las sobreintensidades llamadas también corrientes de corto circuito y fallas a tierra tienen como consecuencia un elevado valor que suelen alcanzar, ocasionando un rápido calentamiento de los conductores por los que circulan. La interrupción de estas corrientes debe realizarse en el menor tiempo posible. Los daños que pueden producir estas corrientes, sucesivamente: El envejecimiento. Carbonización o inflamación de los aislamientos. Fusión de los conductores. 95

96 Disminución de las características mecánicas de las partes conductoras o metálicas adyacentes (resortes, etc.). Los elementos de sobreintensidades de fase debe ajustarse en forma que no operen con la corriente de arranque, lo normal es que el ajuste esté por encima de la corriente de arranque estabilizado. Los motores de corriente alterna pueden absorber hasta 600 % de la intensidad de corriente nominal en condiciones severas de arranque. Cualquier carga que exceda de este límite se considera como corriente de cortocircuito. La función del dispositivo protector de la sobrecorriente, es la de proteger a los conductores y circuitos derivados del motor, los aparatos de control y al motor mismo, de los cortocircuitos y tierras, los dispositivos protectores comúnmente usados para censar y librar las sobrecorrientes, son los interruptores termomagnéticos y los fusibles. La reglamentación eléctrica requiere (con pocas excepciones) un medio para desconectar el motor y el controlador de la línea, en edición de un dispositivo protector de la sobrecorriente. El interruptor termomagnético incorpora protección por fallas y también puede desconectar con una sola unidad, cuando la sobrecorriente tiene como protección los fusibles, se requiere de un desconectador, este y los fusibles se combinan generalmente 96

97 COSTOS Actualmente esta considerado que el éxito de un constructor se basa principalmente en el menor tiempo y el costo más bajo con que se ejecuta, la obra que tiene a su cargo para llevar a cabo estos objetivos es indispensable programar meticulosamente cada paso que es pretenda realizar antes de empezarla; de esta manera se eligen los métodos constructivos más favorables para una adecuada ejecución de la misma. Una de las 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. Este subtema tiene como objetivo evaluar todos los factores y elementos que intervienen en la ejecución de los trabajos correspondientes como el personal, equipo, materiales, gastas de administración de campo, oficina, así como también los impuestos y contribuciones; todo esto para poder obtener el costo total de la obra en mención. Enseguida se detallan las cantidades y costos de los materiales empleados para llevar acabo la ejecución de la obra, así como el costo de mano de obra. 97

98 MATERIALES No.P CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD P/U IMPORTE 1 Cable THW calibre 12 5, Mts. $2.48 $12, Cable THW calibre Mts. $3.63 $11, Cable THW calibre Mts. $8.50 $5, Cable AWG calibre 1/0 66 Mts. $37.92 $2, Cable AWG calibre 2/0 630 Mts. $46.71 $29, Cable AWG calibre Mts. $9.78 $3, Cable AWG calibre Mts. $24.68 $13, Contacto monofasico polarizado 200 Pzas $13.50 $2, Doble contacto monofasico polarizado 14 Pzas $16.80 $ Apagador de escalera 10 Pzas $16.62 $ Apagador sencillo 83 Pzas $13.82 $1, Dimmer de 1800 watts 3 Pzas. $ $ Unidad de alumbrado fluorescente compacta ahorradora de 27 watts. Marca GE. 14 Unidad de alumbrado tipo arbotante de 13 watts. Marca Lethonia 507 Pzas. $37.60 $19, Pzas. $ $17, Poliducto Naranja de ½ plg. (13mm) 1780 Mts. $2.46 $4, Poliducto Naranja de ¾ plg. (19mm) 390 Mts. $3.53 $1, Poliducto Naranja de 25mm 690 Mts. $4.85 $3,

99 No.P CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD P/U IMPORTE 18 Unidad de alumbrado tipo sobreponer equipada con balastro electrónico y 4 tubos fluorescentes de 32 W. Marca Lethonia. 34 Pzas. $ $14, Lámpara diameable de 100 Watts. 16 Pzas. $ $4, Unidad de alumbrado tipo cajillo colgante equipada con balastro y foco HighMax de 85 watts. Marca MaxLite. 21 Unidad de alumbrado tipo Par Halógena AR111 de 50 Watts. 15 Pzas. $ $4, Pzas. $ $1, Unidad de alumbrado de aditivos metálicos 220 Watts. 9 Pzas. $ $3, Unidad de alumbrado tipo cajillo colgante con balastro y foco tipo globo de 26 Watts. Marca Maxlite. 2 Pzas. $ $ Reflector exterior de piso de 50 Watts. 21 Pzas. $ $2, Luminaria tipo OV-15 de aluminio equipada con foco de vapor de sodio alta presión, fotocelda y balastro autorregulable para 100W, 220 volts 58 Pzas. $ $20, Unidad de alumbrado sumergible de 50 Watts. 11 Pzas. $ $2, Lámpara fluorescente compacta de 26 Watts. 16 Pzas. $39.50 $ Unidad de alumbrado tipo sobreponer equipada con balastro electrónico y 2 tubos fluorescentes de 32Watts. Marca Lethonia. 6 Pzas. $227.4 $1,

100 No.P CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD P/U IMPORTE 29 Unidad de alumbrado tipo Par Halógena AR112 de 75 Watts. 10 Pzas $ $1, Lámpara diameable de 50 Watts. 20 Pzas $ $3, Tablero de distribución de alumbrado para 24 circuitos. Catalogo NQOD424M100CU Marca Squared 32 Tablero de distribución de alumbrado para 12 circuitos. Catalogo NQOD12M100 Marca Squared. 33 Tablero de distribución de alumbrado para 12 circuitos. Catalogo NQOD412M100CU Marca Squared. 3 Pzas $ $15, Pzas $ $5, Pzas $2, $5, Tablero de distribución de alumbrado para 12 circuitos. Catalogo NQOD412M Marca Squared. 1 Pzas $2, $2, Tablero de Distribución General de Carga 1 Pzas $38, $38, Interruptor Termomagnético 1 polo 15 Amp. 39 Pzas $49.37 $1, Interruptor Termomagnético 1 polo 20 Amp. 7 Pzas $49.37 $ Interruptor Termomagnético 2 polo 15 Amp. 4 Pzas $ $ Interruptor Termomagnético 3 polo 15 Amp. 2 Pzas $ $ Interruptor Termomagnético 3 polo 30 Amp. 2 Pzas $ $ Interruptor Termomagnético 3 polo70 Amp. 1 Pzas $ $ Poste tubular para luminarias 17 Pzas $ $4, Transformador trifásico tipo pedestal autoprotegido 300 KVA, / Pza $272, $272,

101 No.P CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD P/U IMPORTE 44 Abrazadera 1U Aislador de alfiler 13PC Marca Haya 11 4 Pzas Pzas Pzas $30.57 $ $ $4, Aislador de suspensión 6S 27 Aislador 3R 3 Alambre de Cobre desnudo 4 AWG 10 Alfiler 1P 8 Aluminio ACSR 3/0 1 Apartarrayos 6 Conector a compresión DB Cortacircuitos 15 Kv 6 Cruceta C4T 10 Grapa paralela GP1 6 Guardacabo G1 6 Guardalínea Corto 3/0 ACSR MG Muerto canal 3 Ojo Re 9 Perno de ancla 1PA 3 Perno de doble rosca 15 Poste Remates preformado 3/0 ACSR 12 Terminal Termocontractil "L" 3 Terminal Termocontractil Raychem 3 Varilla Copperweld 5/8 x 3 M 1 Pzas Mts. Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas Pzas $86.01 $2, $27.74 $83.22 $50.64 $ $90.53 $ $31.00 $31.00 $ $3, $17.50 $52.50 $ $2, $ $3, $48.30 $ $6.44 $38.64 $34.44 $ $ $ $20.52 $ $ $ $40.37 $ $ $16, $36.25 $ $1, $3, $ $2, $91.23 $

102 MANO DE OBRA En la planeación de la mano de obra, una de las etapas de gran importancia es la elaboración de los precios unitarios para obtener un presupuesto total de la obra. En esta etapa son importantes los diferentes factores que intervienen en la elaboración del presupuesto y son los siguientes: Costos Directos Los costos directos son los cargos aplicables al concepto de trabajo que se derivan de las erogaciones por: mano de obra, materiales, maquinaria, herramientas, instalaciones y por patentes en su caso, efectuadas exclusivamente para realizar dicho concepto de trabajo. Costo directo por la mano de obra. Es el que se deriva de las erogaciones que hace el contratista por el pago de los salarios al personal que interviene exclusivamente y directamente en la ejecución del concepto de trabajo de que se trate, incluyendo al cabo o al primer mando. Dentro de este cargo no se considerarán las percepciones del personal técnico, administrativo, de control, de supervisión y vigilancia; ya que estos corresponden a los costos indirectos. Costo directo por materiales. Es el correspondiente a las erogaciones que hace el contratista para adquirir o producir todos los materiales necesarios para la correcta ejecución del concepto de trabajo y que cumpla con las normas correspondientes. Costo directo por maquinaria. Es el que se deriva del uso correcto de las máquinas consideradas como nuevas y que sean las adecuadas y necesarias para la ejecución del concepto de trabajo, de acuerdo con lo estipulado en las normas y especificaciones de construcción, conforme al programa establecido. 102

103 Costo directo por maquinaria. Este costo corresponde al consumo por desgaste de las herramientas utilizadas en la ejecución del concepto de trabajo. Costo directo por equipo de seguridad. Este corresponde al equipo necesario para protección personal del trabajador para ejecutar el concepto de trabajo. Esta obra se tiene estimado realizarla en un tiempo de 4 meses (120 días) con jornadas de 8 horas por día, para esto se emplearan 20 ayudantes generales, 10 oficiales electricistas, un cabo de oficio y un ingeniero residente de obra. DESCRIPCIÓN UNIDAD P/U($) CANTIDAD IMPORTE Ing. Residente Jornada $ x 1 $48, Cabo de Oficio Jornada $ x 1 $33, Oficial de electricista Jornada $ x 10 $252, Ayudante general Jornada $ x 20 $216,

104 COSTO TOTAL Relación del costo de equipo, materiales y mano de obra a utilizar para el Diseño de instalación del Nuevo Colegio Motolinia de Poza Rica, Ver. Costos Indirectos Estos corresponden a los gastos 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. Los costos directos más frecuentes son: Honorarios, sueldos y prestaciones: Personal directivo. Personal técnico. Personal administrativo. Personal de transito. Cuota patronal del Seguro Social. Prestaciones que obliga la ley la Ley Federal Del Trabajo para el personal antes mencionado. Pasajes y viáticos. 104

105 Depreciación, mantenimiento y rentas. Servicios. Fletes y acarraos. Gastos de oficina. Seguros, fianzas y financiamientos. Trabajos previos y auxiliares. Financiamiento. Los gastos por financiamiento son las erogaciones que realiza el contratista debido a las necesidades económicas del servicio. Este costo se determinará en base a un flujo efectivo en el que intervenga el pago y amortización de los anticipos; y estará y estará representado por un porcentaje sobre el total de los costos directos más los indirectos. Utilidad. La utilidad queda representada por un porcentaje sobre la suma de los costos directos más los indirectos del concepto de trabajo. Dentro de este cargo queda incluido el impuesto sobre la renta, que por ley debe pagar el contratista. Después de haber determinado la utilidad conforme a lo establecido en el párrafo anterior, debe incluirse: a) El desglose de las aportaciones que eroga el contratista por el concepto del Sistema de Ahorro para el Retiro (SAR). b) El desglose de las aportaciones que eroga el contratista por concepto del Instituto del Fondo Nacional para la Vivienda de los Trabajadores (INFONAVIT). 105

106 c) El pago que efectúa el contratista por servicio de vigilancia, inspección y control que realizará la secretaría de la Contraloría y Desarrollo Administrativo (SECODAM). Costo de la ingeniería. El costo de la ingeniería es el costo que una firma de ingeniería cobraría para la elaboración de los planos, especificaciones técnicas, lista de materiales y volúmenes de obra. Finalmente para obtener el costo total de la obra, se realiza la suma de los importes que acontinuación se mencionan. DESCRIPCIÓN IMPORTE Total del material. $586, Total de la mano de obra. $549, Herramientas (3% de mano de obra). $11, Proyecto, calculo, copias y firmas. $30, Costo total de la obra = $1,177,

107 CAPITULO III 107

108 APORTACIONES O CONTRIBUCIONES AL DESARROLLO Análisis Crítico de los Diferentes Enfoques Durante el desarrollo de este trabajo (diseño de instalación del Nuevo Colegio Motolinia) se deja de ver los diferentes puntos de vista que manejan distintos autores sobre un mismo tema. Esta diferencia de opiniones puede complicar el entendimiento de los lectores, ya que el autor de Ilumination Engineers Society (IES), en el tema de alumbrado (interior y exterior) lo expone de una manera muy profunda, ocupando términos con los cuales no estamos familiarizados totalmente. Estos autores proponen un calculo demasiado estricto (exacto); por tal razón el desarrollo de un calculo de alambrado será muy extenso y problemático, porque considera una gran cantidad de factores (disminución de emisión luminosa por suciedad, variaciones de la reflectancia y trasmitancía de la luminaria, degradación luminosa de la lámpara, etc.) que pueden afectar directamente e indirectamente en la solución del mismo. Por otra parte, en el manual de la Westinghouse y el Manual de Ingeniería Eléctrica expone estos mismos temas de una manera muy práctica, que los autores del I.E.S, obteniendo como resultado un cálculo menos extenso, pero con los resultados aproximados de los deseados. Por esta razón este trabajo se realiza de manera que el lector pueda comprender e interpretar el proceso y los resultados obtenidos de este proyecto. 108

109 Conclusiones. Al llegar a la culminación de este proyecto se obtuvo como resultado un buen diseño eléctrico, el cual satisface las necesidades de energía eléctrica requeridas para el Colegio Motolinia, todo ello gracias a las normas establecidas por comisión federal de electricidad, el control estricto de adquisición de materiales y el adecuado manejo e instalación del mismos; y en forma personal permite reafirmar los conocimientos adquiridos durante la formación al poner en practica la experiencia adquirida anterior y simultáneamente permite la actualización en conocimientos para obtener un criterio mas amplio y Ali resolver con mayor facilidad los problemas relacionados con este tipo de sistemas. 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 las mas apropiadas ya que de lo contrario no se aplicarían un concreto criterio de ingeniería que satisfaga los requerimientos de un sistema eléctrico. Y finalmente garantizar una prologada vida útil y el adecuado funcionamiento del sistema eléctrico es necesario darle mantenimiento periódico, con el fin de evitar futuros daños y suministro de energía interrumpida. 109

110 BIBLIOGRAFIA * Instalaciones Eléctricas Prácticas Ing. Becerril L. Diego Onesimo Onceava Edición. * Manual de Alumbrado Westinghouse. Editorial Dossat Cuarta Edición. * Catálogo de Conductores Monterrey (AXA) * Catálogo de Conductores Condumex. * Catálogo de conductores de IEM. *ABC de las instalaciones Eléctricas Industriales. Gilberto Enríquez Harper Editorial Limusa S.A de C.V * Apuntes de la materia de Instalaciones Eléctricas II Del Ing. Justino Bautista Espinosa * Ilumination Engineers Society (IES) * Industrial Power Sistems Handbook. 110

111 ANEXOS 111

112 TABLA 1.1 DIMENSIONES DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS DESNUDOS DIMENSIONES DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS DESNUDOS CALIBRE SECCION DIAMETRO A.W.G. M.C.M. C.M. mm2 PLG. mm

113 TABLA1.2 CAPACIDAD DE CORRIENTE DE CONDUCTORES DE COBRE BASADA EN CALIBRE A.W.G.. K.C.M. 1 A 3 CON DS TUB O UNA TEMPERATURA AMBIENTE DE 30 C. TIPO T.W. 60º C VINANEL ºC 4 A 6 6 A A 3 4 A 6 6 A 9 CONDS CONDS COND. CONDS. CONDS. CONDS TUBO TUBO AIRE TUBO TUBO TUBO 1 COND AIRE TEMP. FACTOR DE CORRECCIÓN PARA TEMPERATURA AMBIENTE MAYOR DE 30º C

114 TABLA 1.3 NUMERO DE CONDUCTORES TIPO TW Y THW 900 NORMAL QUE PUEDEN INSTALARSE DENTRO DE UN TUBO CONDUIT DE ACUERDO CON LOS FACTORES DE RELLENO CALIBRE TAMAÑO DEL TUBO CONDUIT A.W.G. ½ ¾ 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ¼ 3 3 ½ K.C.M. 13 m 19 mm 25 mm 31 mm 38 mm 51 mm 64 mm 76 mm 89 mm 101 mm 127 mm 152 mm m

115 TABLA 1.4 Approximate Resistance, Reactance, and Impedance of 600- Volt Cables in Magnetic Ducts per 100 ft. Approximate Resistance, Reactance, and Impedance of 600- Volt Cables in Magnetic Ducts per 100 ft Cable size The single- conductor cables per duct,ohms pre 100ft Three-conductor cable including interlocke armor cable, ohms per 100 ft R* X Z R* X Z No.14 Awg No.12 Awg No.10 Awg No.8 Awg No.6 Awg No.4 Awq No.2 Awg No.1 Awg No.1 / 0 Awq No.2/ 0 Awg No.3/ 0 Awg No.4/ 0 Awg MCM MCM MCM MCM MCM MCM * Based on 75 C. 115

116 ANEXO No. 2 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Anexo No. 2 Lámpara incandescente Sustenta: Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 116

117 ANEXO No. 3 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Anexo No.3 Lámpara Proyectora Sustenta: Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 117

118 ANEXO No. 4 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Anexo No.4 Lámpara Fluorescente Sustenta: Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 118

119 ANEXO No. 5 Facultad de Ingeniería Mecánica Anexo No. 5 Lámpara de vapor de mercurio Sustenta: UNIVERSIDAD VERACRUZANA Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 119

120 ANEXO No.6 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Anexo No.6 Foco de 27 Watts marca General Electric Sustenta: Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 120

121 ANEXO No.7 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Anexo No. 7 Luminaria decorativa de pared (Arbotante AVSP) Sustenta: Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 121

122 ANEXO N UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Anexo No. 8 Unidad de alumbrado tipo Par 25 Halógena de 75 watts Sustenta: Bermúdez San Martín Arizbeth Jiménez García Norma 122