CURSO: INSTALACIONES ELECTRICAS SESION 9 Profesor del Curso : Msc. César L. López Aguilar Ingeniero Mecánico Electricista -CIP 67424

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1 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL CURSO: INSTALACIONES ELECTRICAS SESION 9 Profesor del Curso : Msc. César L. López Aguilar Ingeniero Mecánico Electricista -CIP CARGA DE CIRCUITOS, DEMANDA Y FACTORES DE DEMANDA Bibliografia: CNE-UTILIZACION SECCION 050; CARGAS DE CIRCUITOS Y FACTORES DE DEMANDA

2 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 2 CONTENIDO I. INTRODUCCION II. DEFINICIONES III. EVALUACION DE LA DEMANDA IV. EVALUACION DE LA CAIDA DE TENSION V. CARGA MAXIMA EN CIRCUITOS VI. DEMANDA Y FACTORES DE DEMANDA VII. PRACTICA DE COMPROBACION

3 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 3 I. INTRODUCCION En las sesiones anteriores se ha diseñado la Instalación eléctrica, teniendo en cuenta el plano de arquitectura, los métodos de alambrado, el tipo de alumbrado, las salidas de alumbrado, tomacorrientes, interruptores, las cargas especiales, los circuitos derivados, etc. En esta sección debemos evaluar la Demanda (kw) de la instalación Eléctrica, que nos servirá para: 1. Calcular la caída de tensión, (V). 2. seleccionar la sección del conductor alimentador (mm²) 3. Seleccionar la protección (A) 4. Determinar el consumo de energía (kw.h)

4 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 4 Los conductores eléctricos en una instalación eléctrica se encuentran en tres formas; 1. ACOMETIDA 2. ALIMENTADOR 3. CIRCUITOS DERIVADOS Es muy importante saber cual es la Demanda para determinar la sección del conductor.

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6 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 6 II. DEFINICIONES Energía (eléctrica). Magnitud de un suministro de energía eléctrica, expresada en kilowatt hora, kw.h Potencia, Magnitud de un suministro de energía eléctrica, expresada en kilowatt o kilovolt ampere, kw, kva Potencia instalada. Suma de las potencias nominales de los aparatos eléctricos instalados en las instalaciones del cliente. Potencia conectada. Parte de la potencia instalada del cliente que puede ser suministrada por el suministrador. Potencia suscrita (contractual). Potencia, establecida mediante un acuerdo, que el cliente no debe exceder según lo establecido en las condiciones específicas de la tarifa. Nota: Un dispositivo automático de corte puede impedir que el cliente supere el límite de potencia suscrita.

7 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 7 Factor de simultaneidad; factor de coincidencia. Relación, expresada como un valor numérico o como un porcentaje, de la potencia simultánea máxima de un grupo de artefactos eléctricos o clientes durante un período determinado; y la suma de sus potencias individuales máximas durante el mismo período. Nota: Al utilizar este término es necesario especificar a qué nivel de la red se está haciendo referencia. Factor de carga. Relación, expresada como un valor numérico o como un porcentaje, de la potencia máxima de una instalación o grupo de instalaciones durante un período determinado, y la carga total instalada de la (s) instalación(es). Nota: Al utilizar este término, es necesario especificar a qué nivel de la red se está haciendo referencia.

8 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 8 Potencia en el momento de la punta de carga; potencial en el momento de carga punta (máxima demanda). Magnitud de la potencia establecida por un cliente, clase de cliente, o categoría de consumo determinado, en el momento de la máxima demanda de la red de suministro o durante un período de máxima demanda. Nota: Al utilizar este término, es necesario especificar con qué nivel de la red se relaciona

9 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 9 Factor de utilización o Factor de Demanda. Relación, expresada como un valor numérico o como un porcentaje, del consumo durante un período determinado (año, mes, día, etc.), y el consumo que podría generarse debido al uso permanente de la potencia máxima o de cualquier valor particular específico de potencia observada durante este período. Por ejemplo el consumo mensual de una instalación domiciliaria se registra en las facturaciones mensuales de la concesionaria en kw.h y para determinar el factor de demanda se tiene que saber la potencia máxima que consumirían todos los artefactos prendidos. Notas: 1. Este término no debe utilizarse sin especificar la potencia y el período con el cual se relaciona. 2. El factor de utilización para una potencia dada también es igual a la relación entre la duración de utilización y la duración en horas dentro del mismo período.

10 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 10 CARGA, es la corriente de un circuito, se mide en A. Para determinar la carga es necesario conocer la potencia y el nivel de tensión. Carga Unitaria, es la relación entre el valor de la carga y el área donde se encuentra instalado, en w/m² Régimen de carga: Requerimiento de servicio que demanda el grado de regularidad de una carga, se clasifica en: Régimen continuo: Requerimiento de servicio que demanda la operación a una carga substancialmente constante por un período de tiempo indefinidamente largo. Carga continua -Ver la Regla Régimen de corta duración: Requerimiento de servicio que demanda operación a una carga substancialmente constante durante períodos de tiempo cortos y de duración definida.

11 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 11 Régimen intermitente: Requerimiento de servicio que demanda la operación durante intervalos alternos específicamente definidos de: (a) Carga y en vacío; (b) Carga y reposo; (c) Carga, vacío y reposo. Régimen periódico: Requerimiento de servicio de carga intermitente en el cual las condiciones de carga son regularmente recurrentes. Régimen variable: Requerimiento de servicio que demanda la operación para cargas variables en intervalos de tiempo variables en amplio grado.

12 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 12 III. EVALUACION DE LA DEMANDA ART. 4 NORMA EM-010 RNE Los proyectos deberán incluir un análisis de la potencia instalada y máxima demanda de potencia que requerirán las instalaciones proyectadas. La evaluación de la demanda podrá realizarse por cualquiera de los dos métodos que se describen: Método1. Considerando las cargas realmente a instalarse, los factores de demanda y simultaneidad que se obtendrán durante la operación de la instalación. Método 2. Considerando las cargas unitarias y los factores de demanda que estipula del Código Nacional de electricidad o las Normas DGE correspondientes; el factor de simultaneidad entre las cargas será asumido y justificado por el proyectista.

13 EJEMPLO Mediante el Método 1, evaluar la Demanda de las siguientes cargas a instalarse en una Vivienda Unifamiliar. ARTEFACTO POTENCIA (W) ARTEFACTO POTENCIA (W) FOCO 100 FLUORESCENTE RECTO 40 FOCO 50 LUSTRADORA 50 FLUORESCENTE CIRCULAR 22 PLANCHA 1000 TELEVISOR 14" 60 TERMA AGUA 1500 TELEVISOR 21" 81 COCINA 4 HORNILLAS 7000 RADIO 20 BOMBA AGUA 380 FLUORESCENTE RECTO 36 OLLA ARROCERA 1000 MINICOMPONENTE 251 COMPUTADORA 300 DVD 20 IMPRESORA 200 MICROONDAS 1100 CARGADOR CELULAR 20 COCINA 2 HORNILLAS 2000 VENTILADOR 150 FLUORESCENTE CIRCULAR 32 FLUORESCENTE COMPACTO 18 ASPIRADORA 600 FLUORESCENTE COMPACTO 12 REFRIGERADOR 300 LAPTOP 150 UN PLASMA 300 LICUADORA /07/2014 Ing. César López Aguilar 13

14 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 14 Para calcular la Demanda o Máxima Demanda o Máxima Potencia, debemos confirmar lo siguiente Si todos los artefactos se utilizan a la vez Si no se utilizan a la vez, que artefactos funcionan al mismo tiempo. Cuál es el tiempo de coincidencia. Es la carga contínua, es decir si funciona más del 50% en dos horas. Responder éstas preguntas es complicado, debido a la variedad del uso de artefactos Entonces, para determinar la Demanda, es necesario realizar un cuadro por artefacto, desde las 00 hasta las 24 horas, ver la coincidencia de funcionamiento o asumir factores de Demanda y de simultaneidad.

15 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 15 Por ejemplo, cuál es el factor de demanda del foco de 100 W. La respuesta es 1, debido a que funciona solamente a 100 W. Cuál es el factor de Demanda del Ventilador, la respuesta podría ser 0.75, es muy posible que este artefacto solo funcione al 75 % de su máxima potencia. Cuál es el factor de Demanda de una refrigeradora, la respuesta podría ser 0.8, debido a que funcionaría sólo al 80% de su potencia máxima. Una vez obtenidos las demandas individuales, debemos determinar el Factor de Simultaneidad, es decir la potencia máxima de un grupo de artefactos y la suma de potencias individuales de todos los artefactos. A continuación se muestra los factores de Demanda por cada artefacto, asumidos por la experiencia del proyectista.

16 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 16 Nótese que para los artefactos de iluminación, el factor de demanda se asume el valor de 1, para los artefactos motores que contienen regulador, se asume 0.75 o 0.8, para los televisores también 1. TABLA 1 Para este grupo de artefactos, la Potencia instalada o carga instalada es W y la suma de las Máximas Demandas es 4177 W. Asumiendo el factor de simultaneidad de un valor de 0.5, entonces la Máxima Demanda es: 4177*0.5 = W. El factor de carga es: /5032 = ARTEFACTO POTENCIA (W) FACTOR DE DEMANDA DEMANDA FOCO FOCO FLUORESCENTE CIRCULAR TELEVISOR 14" TELEVISOR 21" RADIO FLUORESCENTE RECTO MINICOMPONENTE DVD MICROONDAS COCINA 2 HORNILLAS FLUORESCENTE CIRCULAR ASPIRADORA REFRIGERADOR UN PLASMA

17 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 17 Un método más exacto para determinar el factor de simultaneidad es colocar la demanda individual de cada artefacto durante las horas de funcionamiento, tal como se muestra en el cuadro adjunto, luego sumar la demanda de coincidencia y dividirla entre la suma de las demandas individuales. TABLA 2 ARTEFACTO FOCO FOCO FLUORESCENTE CIRCULAR TELEVISOR 14" TELEVISOR 21" RADIO FLUORESCENTE RECTO MINICOMPONENTE DVD MICROONDAS COCINA 2 HORNILLAS FLUORESCENTE CIRCULAR ASPIRADORA REFRIGERADOR UN PLASMA

18 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 18 EJEMPLO : Mediante el Método 2, evaluar la Demanda de una Vivienda Unifamiliar. Para evaluar la Demanda mediante este método, debemos contar con: 1. El área de la vivienda o edificación 2. La carga unitaria consignada en la tabla 14 del CNE UTILIZACION. Si el área de la edificación es de 90 m² y, de acuerdo a la tabla 14, la carga unitaria es de 25 W/m², entonces la Demanda será de: 90 x 25 = 2250 W De igual manera podemos calcular las Demandas de otras edificaciones

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20 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 20 IV. EVALUACION DE LA CAIDA DE TENSION Caída de Tensión (1) Los conductores de los alimentadores deben ser dimensionados para que: (a) La caída de tensión no sea mayor del 2,5%; y (b) La caída de tensión total máxima en el alimentador y los circuitos derivados hasta la salida o punto de utilización más alejado, no exceda del 4%. (2) Los conductores de los circuitos derivados deben ser dimensionados para que: (a) La caída de tensión no sea mayor del 2,5%; y (b) La caída de tensión total máxima en el alimentador y los circuitos derivados hasta la salido o punto de utilización más alejado, no exceda del 4%.

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22 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 22 De modo que se tiene una caída de tensión de 11 V (220x0,5) en toda la instalación con suministro de 220V, desde el punto de entrega hasta el último punto de utilización. La máxima caída de tensión para cualquier alimentador o circuito derivado es 2,5%, en este caso 5,5 V (220 x 0,025). Sin embargo, las Subreglas (1) y (2) establecen los parámetros para la distribución del 4% (8,8 V) de la caída de tensión entre el alimentador y el circuito derivado. Es decir, si el alimentador (b) tiene una caída de tensión de 2,5%, entonces el circuito derivado (c) pueden tener como máximo una caída de tensión de 1,5% (o viceversa), de modo que la caída de tensión total no debe ser mayor del 4%.

23 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 23 Un cálculo aproximado de la caída de tensión, se efectúa utilizando la siguiente relación, donde solo se considera la resistencia del conductor. V = 2.ρ.L.I.cosØ S V = 3.ρ.L.I.cosØ S Si el circuito es monofásico Si el circuito es trifásico Donde: V = Caída de tensión en V ρ = resistividad del conductor(ω x mm 2 / m) = L = longitud del circuito (m) I = Corriente de la carga a su Máxima Demanda (A) S = sección transversal del conductor (mm 2 )

24 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 24 EJEMPLO Calcular la caída de tensión en V y en %, de un alimentador monofásico TW 2.5 mm², que tiene una Demanda de 2500 W y una longitud de 10 metros. La corriente, se obtiene por la potencia y la tensión nominal de 220 V I=2500/220*0.9 = 12,62 A. La caída de tensión lo calculamos V= 2.ρ.L.I.cosØ = 2*0,01754*12.62*10*0.9 =1.59 V. %=1.59x100 = 0,72% S Para el ejemplo anterior, el alimentador es trifásico 380/220 V, calcular la caída de tensión en V y en %. I=2500/1.73*380*0.9 = 4.22 A La caída de tensión lo calculamos V= 3.ρ.L.I.cosØ= 1.73*0,01754*4.22*10*0.9 =0.46 V, %=0.46x100 = 0.12% S

25 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 25 V. CARGA MAXIMA EN CIRCUITOS Carga Máxima de Circuitos (ver Anexo B) (1)La corriente nominal de una acometida, alimentador o circuito derivado debe ser la que resulte menor entre la capacidad nominal del dispositivo de protección contra sobrecorrientes del circuito y la capacidad nominal de los conductores. (2) La carga calculada para un circuito no debe exceder a la corriente nominal del circuito. (3) La carga calculada para una acometida, alimentador o circuito derivado debe ser considerada como una carga continua, a menos que pueda demostrarse que tal valor no persistirá por más de: (a) Un total de una hora en períodos de dos horas, si la corriente no excede de 225 A; o (b) Un total de tres horas en períodos de seis horas, si la corriente es mayor que 225 A.

26 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 26 Un sistema de iluminación en una tienda comercial u oficina caería bajo la designación de continua, al igual que un calentador comercial de agua, ya que durante uso normal está encendido por más del 50% del tiempo, a pesar de que es termostáticamente controlado Carga Máxima de Circuitos (ver Anexo B) (4) Cuando la caja de conexión, el interruptor con fusibles, el interruptor automático o el tablero estén marcados para una operación continua al 100% de la corriente nominal del dispositivo de sobrecorriente, la carga continua calculada no debe exceder de: (a) El 100% de la corriente nominal del circuito si la capacidad de los conductores está basada en la Tabla 2; (CANALIZADO) (b) El 85% de la corriente nominal del circuito si la capacidad de los conductores está basada en la Tabla 1. (AIRE LIBRE)

27 08/07/2014 Ing. César López Aguilar Carga Máxima de Circuitos (ver Anexo B) (5) Cuando la caja de conexión, el interruptor con fusibles, el interruptor automático o el tablero estén marcados para una operación continua al 80% de la corriente nominal del dispositivo de sobrecorriente, la carga continua calculada no debe exceder de: (a) El 80% de la corriente nominal del circuito, si la capacidad de los conductores está basada en la Tabla 2; o (b) El 70% de la corriente nominal del circuito si la capacidad de los conductores está basada en la Tabla 1; (7) No obstante lo requerido por las Reglas (1)(a) y (2)(d), la capacidad de conducción de los conductores subterráneos no debe exceder la determinada por las Subreglas (4)(b) y 5(b), en ningún caso.

28 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 28 EJEMPLO (a)un interruptor con un fusible de A esta marcado para operación continua al 100% de la capacidad de la corriente nominal de sus dispositivos de sobrecorriente. Si es que los conductores de este interruptor van a ser tendidos en una canalización, qué tamaño de carga continua puede alimentar? Respuesta: Este interruptor con fusible puede alimentar a una carga continua de A sí es que: (1) los conductores tienen una temperatura de aislamiento de la corriente nominal de 70 ºC o 90 ºC; y (2) la capacidad de la corriente nominal de los conductores es de A,determinada a partir de la Tabla 2 (en canalizaciones).

29 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 29 EJEMPLO (b) Un interruptor con un fusible de A está marcado para operación continua al 100% de la capacidad de la corriente nominal de sus dispositivos de sobrecorriente. Si es que los conductores de este interruptor van a ser tendidos al aire libre, Qué magnitud de carga continua puede alimentar? Respuesta: Este interruptor con fusible puede alimentar a una carga continua de 1 000x85% = 850 A, sí es que: (1) los conductores tienen una temperatura de aislamiento de la corriente nominal de 70 ºC o 90 ºC; y (2) la capacidad de la corriente nominal de los conductores es de A determinada a partir de la Tabla 1 (al aire libre). Nota: La reducción de la capacidad de la corriente nominal en la Subregla (4)(b) se aplica al circuito completo. Esto significa que los conductores que alimentan esta carga continua de 850 A, deberán ser evaluados en A según la Tabla 1.

30 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 30 VI. DEMANDA Y FACTORES DE DEMANDA Utilización de Factores de Demanda (9) En el caso de viviendas unifamiliares o departamentos en edificios de vivienda para las que sea de aplicación la Regla (2) de esta Sección, las corrientes a considerar en los conductores de la acometida y del alimentador, no deben ser menores a las que se indican a continuación; sin embargo, la sección mínima de dichos conductores debe ser 4 mm2 para acometidas y 2,5 mm2 para alimentadores. (a) 15 A, para cargas de hasta W. (b) 25 A, para cargas mayores de W hasta W. (c) 40 A, para cargas mayores de W hasta W con suministro monofásico y 15 A con suministro trifásico 380/220 V.

31 Espacio en Tableros para Circuitos Derivados (1) Para una unidad de vivienda unifamiliar se debe proveer suficiente espacio en el tablero, para al menos cuatro interruptores automáticos bipolares contra sobrecorrientes. (2) No obstante la Subregla (1), debe proveerse suficiente espacio en el tablero para dos dispositivos de protección adicionales para futuras ampliaciones. (3) Donde se prevea cocina o equipo trifásico se deben proveer interruptor automático contra sobrecorrientes tripolar. (4) En el caso de viviendas unifamiliares o departamentos en edificios de vivienda, donde sea aplicable la Regla 110(2) de esta Sección, se debe prever en el tablero el espacio necesario para por los menos, la siguiente cantidad de interruptores automáticos contra sobrecorrientes: a) Tres interruptores automáticos contra sobrecorrientes bipolares de 15 A, para carga de hasta W, con suministro monofásico. 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 31

32 08/07/2014 Ing. César López Aguilar Espacio en Tableros para Circuitos Derivados b) Cinco interruptores automáticos contra sobrecorrientes bipolares, de los cuales uno debe ser de 20 A, para cargas mayores a W y hasta W, con suministro monofásico. c) Siete interruptores automáticos contra sobrecorrientes, de los cuales dos deben ser de 30 A, para cargas mayores de W y hasta W, con suministro monofásico, o dos tripolares de 15 A con suministro trifásico. d) Donde se corra el neutro se admiten dispositivos de sobrecorriente unipolares sobre los conductores de fase, aunque con la finalidad de elevar el nivel de seguridad durante el proceso de instalación y posterior mantenimiento se debe utilizar preferentemente dispositivos de sobrecorriente automáticos que protejan y corten simultáneamente todos los conductores, incluido el neutro.

33 Determinación de Áreas y Previsión Opcional de la Demanda Máxima Total Cuando No Se Dispone de Información (1) Las áreas de vivienda designadas en las Reglas y deben ser determinadas por las dimensiones interiores (áreas techadas) e incluyen: (a) 100% del área del primer piso; más (b) 100% del área de los pisos superiores, dedicada a vivienda; más (c) 75% del área del sótano. Ejemplo: Una vivienda unifamiliar de dos pisos tiene 10 m x 12 m con un sótano que tiene paredes de 200 mm de grosor. Cuál es el área total habitable de la vivienda? (1) Área primer piso [10 (2 x 0,200)] x [12 (2 x 0,200)] = 111,36 m² (2) Área de los pisos superiores [10 - (2 x 0,200)] [12 - (2 x 0,200)] = 111,36 m² (3) Área del sótano [10 (2 x 0,200)] [12 - (2 x 0,200)] x 75 % = 83,52 m² Total 306,24 m² 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 33

34 08/07/2014 Ing. César López Aguilar Determinación de Áreas y Previsión Opcional de la Demanda Máxima Total Cuando No Se Dispone de Información (2) Opcionalmente, en el caso de viviendas unifamiliares o departamentos en edificios de vivienda, cuando no se dispone de información específica sobre las cargas, la demanda máxima total a prever no será inferior a: (a) W, para viviendas de hasta 90 m2, según dimensiones interiores. (b) W, para viviendas de más de 90 m2 hasta 150 m2, según dimensiones interiores. (c) W, para viviendas de más de 150 m2 hasta 200 m2, según dimensiones interiores.

35 08/07/2014 Ing. César López Aguilar 35 VII. PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION 1. Para su proyecto de la instalación eléctrica de una vivienda unifamiliar, determinar. a) El factor de simultaneidad b) Demanda mediante el método 1 y un factor de simultaneidad de 0.5. Calcular el factor de carga. c) La Demanda mediante el método 2. d) La demanda de previsión opcional 2. Calcular la caída de tensión en V y en %, de un alimentador monofásico TW 12 AWG, que tiene una Demanda de 7500 W y una longitud de 10 metros. 3. Calcular la caída de tensión en V y en %, de un alimentador trifásico 220 V, TW 12 AWG, que tiene una Demanda de 7500 W y una longitud de 10 metros.