INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ACAPULCO INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA PROYECTO SELECCIÓN Y CÁLCULO DE CALIBRE, TABLERO Y CANALIZACIONES DEL EDIFICIO DE ISC AUTORES ING. JANET MARTÍNEZ MÉNDEZ 08320402 ING. MIGUEL ANGEL AYALA MIRAFLORES 07320903 CATEDRATICO MC. O. SERGIO SEVERIANO GAMA ACAPULCO, GRO., 15 DE JULIO DE 2011
Índice General Índice de Figuras... 3 Índice de Tablas... 3 INTRODUCCIÓN... 4 CRONOGRAMA... 5 LOCALIZACIÓN... 6 OBJETIVO... 8 CAPÍTULO 1 ESPECIFICACIONES... 9 1.2 Especificaciones de fuente de alimentación... 9 1.2 Especificaciones de equipo eléctrico utilizado... 12 CAPÍTULO 2 SELECION Y CÁLCULOS... 13 2.1 Conductor de alimentación... 13 2.1.1 Cálculo por Método de Ampacidad... 13 2.1.2 Cálculo por Método de Caída de Tensión... 18 2.1.3 Comprobación de Caída de Tensión... 21 2.1.4 Características del Conductor seleccionado... 23 2.2 Canalización... 26 2.2.1 Cálculo de la tubería... 26 2.3 Equipo de distribución... 28 2.3.1 Selección de Equipo de distribución... 28 2.4 Tubería de Conductores de alimentación y Registros eléctricos... 31 2.4.1 Calculo de diámetro de tubería... 31 2.4.2 Selección de registros eléctricos... 31 CONCLUSION... 33 ANEXOS... 34 REFERENCIAS... 41 2
Índice de Figuras Figura A - Vista aérea con la ubicación del predio.... 6 Figura B Vista aérea con la ubicación del predio.... 7 Figura C - Vista aérea del edificio 700 s... 7 Figura D Subestación de alimentación... 9 Figura E Datos de placa del Transformador... 10 Figura F - Poste de alimentación... 11 Figura G Conductor THW... 23 Figura H Tablero Seleccionado... 29 Figura I Interruptor General... 30 Figura J Registro Eléctrico seleccionado... 32 Índice de Tablas Tabla 1 - Carga instalada en edificio 700 s y consumo total... 12 Tabla 2 Total de mm 2... 27 Tabla 3 Datos de Tablero Seleccionado... 28 Tabla 4 Datos de interruptor principal... 30 Tabla 220-34 Método opcional (Factores de demanda)... 34 Tabla 250-94 Conductor de Tierra de Instalaciones de c. a.... 34 Tabla 310-15(d) Tipos y designación de los conductores alimentadores... 35 Tabla 310-15 (g) Factores de Ajuste... 35 Tabla 310-16 Capacidad de Conducción... 36 Tabla 10-4 Dimensiones de tubo (Conduit)... 37 3
INTRODUCCIÓN El instituto tecnológico de Acapulco cuenta con 8 carreras distintas, dentro de las cuales se encuentra la carrera de ingeniería en sistemas computacionales. Esta carrera cuenta con su propio edificio en el cual se imparten clases para los alumnos de dicha carrera. Las instalaciones eléctricas con las que cuenta dicho edificio han sido contempladas para el análisis en este proyecto. La energía eléctrica es suministrada por una subestación que se encuentra cerca del edificio. 4
CRONOGRAMA ETAPA TIEMPO ACTIVIDADES 1 11 de Julio Recopilación de datos generales (especificaciones de equipo de suministro) y captación de consumo total del edificio. 2 12-13 de Julio Calculo del calibre del cable de alimentación y canalización. 3 14 de Julio Calculo de capacidad del tablero y protecciones. Revisión del Proyecto. 4 15 de Julio Entrega del Proyecto. 5
LOCALIZACIÓN El Instituto Tecnológico de Acapulco está ubicado en Avenida Instituto Tecnológico S/N, Crucero del Cayaco C.P. 39905. Dentro de él se ubica el edificio 700 s, el cual se contemplara para los cálculos que se realicen en este proyecto. Figura A - Vista aérea con la ubicación del predio. 6
Figura B Vista aérea con la ubicación del predio. Figura C - Vista aérea del edificio 700 s 7
OBJETIVO El objetivo de este proyecto se calculará el calibre del conductor alimentador del edificio de las 700 s también conocido como edificio ISC (Ingeniería en Sistemas Computacionales), así como la selección del tablero y las canalizaciones, por medio de los diferentes métodos de cálculo que existen. 8
CAPÍTULO 1 ESPECIFICACIONES 1.2 Especificaciones de fuente de alimentación El diseño de la subestación es tipo intemperie, el área destinada a la subestación que alimenta al edificio 700 s al igual que al edificio de centro de cómputo; es de 40 m 2, rodeada de un perímetro de 8mx5m de malla ciclónica para evitar el acceso indebido a dicha subestación, dentro de ese perímetro se encuentra una plancha o cama de cemento de 3mx6m, la cual sirve de soporte para el transformador, y los tablero tipo subestación que albergan las cuchillas principales, tipo intemperie. Figura D Subestación de alimentación 9
CARECTERISTICAS DEL TRANSFORMADOR Marca: PROLEC Capacidad: 500 KVA Conexión: delta-estrella Voltejes de operación: 13200/220-127 volts Figura E Datos de placa del Transformador 10
Figura F - Poste de alimentación 11
1.2 Especificaciones de equipo eléctrico utilizado Para calcular el consumo total del edificio 700 s o ISC, se analizaron las diferentes cargas instaladas, los cuales se registraron en la siguiente tabla. Aulas: 701, 702, 703, 704, 709, 710, 711, 712 Aulas: 707, 713 Aula: 714 Aulas: 705, 706 Sala audiovisual Edificio 700 Aparatos Consumo Cantidad Total 250 Watts 16 2x39 Watts 48 2820 Watts 16 *Contactos *Luminarias *Unidades de aire acondicionado (Tipo ventana) *Contactos *Luminarias *Unidades de aire acondicionado (Tipo ventana) *Luminarias *Unidades de aire acondicionado (Tipo ventana) *Computadoras *Impresoras *Contactos *Luminarias *Unidades de aire acondicionado (Mini Split) *Contactos *Luminarias *Unidades de aire acondicionado (Tipo ventana) 250 Watts 2x39 Watts 2820 Watts 2x39 Watts 2820 Watts 400 Watts 50 Watts 250 Watts 2x39 Watts 2400 Watts 250 Watts 2x39 Watts 2820 Watts Tabla 1 - Carga instalada en edificio 700 s y consumo total 4 6 2 3 1 3 2 4 12 4 5 9 2 4000 Watts 3744 Watts 45120 Watts 1000 Watts 468 Watts 5640 Watts 234 Watts 2820 Watts 1200 Watts 100 Watts 1000 Watts 936 Watts 9600 Watts 1250 Watts 702 Watts 5640 Watts Baños *Luminarias 4x39 Watts 8 1248 Watts Pasillo planta *Luminarias 2x39 Watts 18 1404 Watts baja Pasillo planta alta *Luminarias 2x39 Watts 14 1092 Watts Oficinas *Contactos *Luminarias *Unidades de aire acondicionado (Tipo ventana) *Computadoras *Impresoras Consumo total 250 Watts 4x39 Watts 2820 Watts 400 Watts 50 Watts 8 23 9 20 20 2000 Watts 3588 Watts 25380 Watts 8000 Watts 1000 Watts 125,166 Watts 12
CAPÍTULO 2 SELECION Y CÁLCULOS 2.1 Conductor de alimentación 2.1.1 Cálculo por Método de Ampacidad El método de ampacidad se utiliza para calcular el calibre de los conductores de los alimentadores. Para ello se toma en cuenta el consumo total del edificio 700 s. CONSUMO TOTAL 125166 WATTS Datos: F.P 0.95* η 0.90 V 220 V Formulas: ( )( )( )( ) 13
Dónde: F.P = Factor de potencia η = Eficiencia V = Voltaje de fase P = Consumo total Watts Sustitución: ( )( )( )( ) *Se ha utilizado un factor de potencia mayor al mínimo valor establecido por Comisión Federal de Electricidad (CFE) (90%). *Ya que en dentro de la carga total se encuentran unidades de aire acondicionado, se toma un valor de eficiencia de.90 que es la eficiencia para motores. 14
CORRIENTE REAL Para obtener el dato de factor de demanda se consideró el área del edificio delos 700 s Formulas: Datos: Watts 125166 F. P. 0.95 Sustitución: De acuerdo con la tabla 220-34 de la NOM-001-SEDE-001 se considera el área del edificio en este caso edificio 700 s A=20m de ancho X 40m de largo= 800 VA=131753.68 Por lo tanto Y el factor de demanda es por lo tanto de 75% 15
Factor de ajuste se determina por medio de la tabla 301-15(g) de la NOM-001- SEDE-2005. De acuerdo a la Tabla 310-13 de la NOM-001-SEDE-2005 el factor de ajuste para los 4 conductores (debido a que es un sistema trifásico a 4 hilos), se tiene que el factor de demanda es: F.A= 80% De acuerdo a la NOM-001-SEDE-2005 capítulo 310-8 Para lugares secos y húmedos los conductores y cables aislados deben ser de los tipos FEP, FEPB, MTW, RHH, RHW, RHW-2, THHN, THW, THW-LS, THW-2, THHW, THHW-LS, THHW-2, THWN, THWN-2, TW, XHHW o XHHW-2. Por lo tanto se utilizara el conductor THW 90 porque de acuerdo a su especificación (artículo 410-31). De la tabla 310-16 de la NOM-001-SEDE-2005 la temperatura ambiente en Acapulco es en promedio de 35 por lo tanto: F.CORRECCION= 0.91 16
( )( ) ( )( ) 17
2.1.2 Cálculo por Método de Caída de Tensión En la caída de tensión de un conductor, hay tres causas diferentes que influyen en ésta: La distancia La corriente que circula a través de el El diámetro del conductor La fórmula que se utilizara es la siguiente: Dónde: %e = Caída de tensión en por ciento ( )( )( ) ( ) L = Longitud del circuito considerado en metros I real = Corriente eléctrica en Amperes V f = Voltaje entre fases en Voltios S = Sección transversal del conductor en mm 2 18
Por medio de este método se calcula la sección transversal del conductor, por lo tanto la formula queda de la siguiente manera: ( )( )( ) ( ) Tenemos los siguientes datos: L 80 m* %e 2%* I real V f 288.135 A 220 V La norma Oficial Mexicana (NOM-SEDE 2005) regula el valor de la caída de voltaje máximo permitido en porcentaje de la caída de tensión, esto de acuerdo al Artículo 215-2 b), la cual dice que Los conductores de alimentadores, tal como están definidos en el Artículo 100 con un tamaño nominal que evite una caída de tensión eléctrica superior a 3% en la toma de corriente eléctrica más lejana para fuerza, calefacción, alumbrado o cualquier combinación de ellas, y en los que la caída máxima de tensión eléctrica sumada de los circuitos alimentadores y derivados hasta la salida más lejana no supere 5%, ofrecen una eficacia de funcionamiento razonable. Por lo que se usa 2% para el valor de %e. Así mismo para este proyecto se consideran 80 m de longitud del cable alimentador considera como dato base. 19
Sustitución: ( )( )( ) ( )( ) De acuerdo con la Tabla 310-16, el calibre del cable alimentador (THW 90 ) Tendrá las siguientes características: Tamaño o Designación mm 2 177 203 AWG o kcmil 350 400 90 C TIPOS: MI, RHH*, RHW-2, THHN*, THHW*, THHWLS Cobre 350 380 Ya que el dato más próximo es el de 203 mm 2, es el que se tomara en cuenta. 20
2.1.3 Comprobación de Caída de Tensión De acuerdo al Artículo 215-2 b), la caída de tensión no debe superar el 3%, por lo que se compraban los datos obtenidos por el método de ampacidad y caída de tensión referente al valor de la superficie del conductor de alimentación obtenidos. Datos: ( )( )( ) ( ) S por método de Ampacidad 203 mm 2 S por método de caída de tensión 181.477 mm 2 L 80 m* I real V f 288.135 A 220 V 21
Sustitución: %e para método por ampacidad ( )( )( ) ( )( ) %e para método por caída de tensión ( )( )( ) ( )( ) Por lo tanto el calibre del conductor de alimentación ser al obtenido por el método por ampacidad ya que es el que produce menos caída de tensión. 22
2.1.4 Características del Conductor seleccionado Aplicación Cable THW, THHW/LSS La excelente característica de flexibilidad que posee el Cable THW-THHW / LS permite su rápida y fácil instalación en conduits, ductos o charolas, tanto en ambiente seco o húmedo. La formulación especial del aislamiento le proporciona excelentes características en condiciones de incienso de manera que bajo condiciones del mismo, presenta baja emisión de humos oscuros y gases tóxicos, permitiendo así su instalación en interior de locales en donde hay gran influencia de personas tales como: hospitales, cines, teatros, almacenes, hoteles, sistemas de transporte masivos como el metro y ferrocarril, así como en instalaciones industriales, o en aquellos lugares en donde se requiere máxima seguridad. Características 600 volts. Conductor sólido o cableado flexible clases C ó B THHW/THW-LS Según clasificación NOM-J-10 y NEC 1990 Temperatura de operación 90 C en ambiente seco y 75 C en ambiente húmedo. Aislamiento de PVC resistente a la propagación de incendio y bajo condiciones del mismo, tiene: o Baja emisión de humos oscuros y o Reducida emisión de gases tóxicos. Figura G Conductor THW 23
Alcance Esta especificación cubre la construcción de cables THHW / LS con conductor de cobre, sólido o cableado, con aislamiento de PVC, no propagador de incendio y bajo condiciones del mismo presenta baja emisión de humos oscuros y gases tóxicos y corrosivos. Para tensiones de operación hasta de 600 volts. y temperatura de operación en el conductor de 90 C en ambiente seco 75 C en ambiente húmedo, clasificado según NOM-J-10 y NEC-90 como THHW/THW-LS. NORMAS: Las siguientes normas forman parte de esta especificación: NOM-J-10; NOM-J-93; NOM-J-472; NOM-J-474; ASTM E-662; IEC 754-1; NFC 32-0-070. Conductor El conductor es de cobre suave, sólido o cableado concéntrico clase B o C de acuerdo con las especificaciones ASTM-NB-3 O B-8, dependiendo de la aplicación. Aislamiento El aislamiento es de policloruro de vinilo (PVC) no propagador de incendio y baja emisión de humos oscuros y gases tóxicos y corrosivos. Colores Los colores de línea son, para cables (20 a 8 AWG) y para alambres: negro, blanco, rojo, azul, amarillo, verde, café y gris. Para cables en calibres del 6 al 1000 KCM en color negro. Bajo pedido especial se podrán surtir en cualquier color. 24
Empaque Cajas de cartón con 100mts. para calibres del 20 al 8 AWG. Rollos de 100 m para calibres de 6 al 4/0 AWG: Carretes con 500m para calibres de 1/0 al 1000 KCM. Pruebas Las pruebas al conductor como producto terminado en sus propiedades físicas y eléctricas se realizan de acuerdo con las normas mencionadas anteriormente. 25
2.2 Canalización 2.2.1 Cálculo de la tubería Conexión a tierra de los sistemas y equipoeléctricos Toda instalación eléctrica deberá tener un conductor puesto a tierra y apropiadamente identificado; los sistemas eléctricos se ponen a tierra por diferentes razones: Limitar tensiones transitorias y de descargas atmosféricas Contactos accidentales de líneas Estabilizar la tensión a la tierra durante la operación Facilitar la operación de las protecciones Para la determinación del calibre de puesta a tierra se toma como referencia la NOM-001-SEDE-Articulo 250-94 que dice que El tamaño nominal del conductor del electrodo de puesta a tierra de una instalación de c.a. puesta o no puesta a tierra, no debe ser inferior a lo especificado en la Tabla 250-94. Con base a la Tabla 250-94, el valor del calibre de puesta a tierra tiene un tamaño de 53.5 mm 2. EL valor del calibre del neutro se seleccionara dos calibres más que el principal que el principal provisionalmente mientras se selecciona el interruptor general. 26
NUMERO DE HILOS CALIBRE TOTAL EN 3(FASES) 400 202.74 608.22 1(NEUTRO) 4/O 107.20 107.20 1(TIERRA) 1/0 53.5 53.5 - - - 768.92 Tabla 2 Total de mm 2 Tabla de diámetro y área de tubo conduit Diámetro interior en pulgadas Área interior mm 2 Área interior útil 40% de utilización mm 2 ½ 132.7 53.08 ¾ 283.5 113.4 1 490.8 196.32 1 ¼ 804.2 321.68 1 ½ 1134.2 453.68 2 2042.8 817.12 De acuerdo con lo anterior, el diámetro de la tubería para el transporte del cable de alimentación, tendrá un diámetro de 2 pulgadas. 27
2.3 Equipo de distribución 2.3.1 Selección de Equipo de distribución Para la selección del tablero, tomamos en cuenta la corriente ya antes calculada por el método de ampacidad que fue de 395.79 A. A partir de este dato seleccionamos el tablero. El tablero seleccionado cuenta con los siguientes datos: Tablero de alumbrado NQOD a NQ 240 Vca, 48 Vcd Tablero tipo interruptor principal 3 Fases 4 Hilos Capacidad 400 A Numero de Polos 42 Tabla 3 Datos de Tablero Seleccionado 28
Figura H Tablero Seleccionado 29
Datos de interruptor general: Descripción del producto 3 POLE 400 AMP 600 VCA Fabricación SQUARE D Tipo de LAL 3 Polos 400 A 600 V Peso 16 kg Tabla 4 Datos de interruptor principal Figura I Interruptor General 30
2.4 Tubería de Conductores de alimentación y Registros eléctricos 2.4.1 Calculo de diámetro de tubería De acuerdo a lo establecido en la Normas de Distribución Construcción - Líneas Subterráneas - 2.2.3 Baja Tensión A.9 Los circuitos de baja tensión deben instalarse en ductos de PVC, PADC o PAD de CFE, considerando siempre que deben respetarse los factores de relleno recomendados en la NOM-001-SEDE- Articulo 352-45 y de acuerdo a la Tabla 352-45. Considerando la utilización del 40% del espacio interior de la tubería, y de acuerdo lo especificado en la norma, se utilizara una tubería de PAD de 2 pulgadas, la cual conducirá el conductor alimentador desde la subestación distribuidora hasta el tablero principal del edificio 700 s. 2.4.2 Selección de registros eléctricos De acuerdo a lo establecido en las Normas de Distribución Construcción - Líneas Aéreas - 2.2.3 Baja Tensión, el registro eléctrico tendrá las siguientes características: Tipo Dimensiones (cm) (AxLxH) Peso (kg) RBTB1 50x80x65 210 31
Figura J Registro Eléctrico seleccionado 32
CONCLUSION En el desarrollo del proyecto el cual consistió en calcular el calibre de los conductores de alimentación del edificio de los 700 s se tomaron en cuenta las cargas de consumo de la mayoría de los aparatos eléctricos y luminarias, una parte se tuvo que estimar puesto que las oficinas del edificio se encontraban cerradas, después se calculó la carga de cada conductor por el método de ampacidad y el método de caída de tensión para los cuales se requirió consultar la norma de secretaria de energía NOM-001-SEDE-2005, así como también las NORMAS DE DISTRIBUCIÓN CONSTRUCCIÓN - LÍNEAS SUBTERRANEAS, para localizar las tablas requeridas, también se escogió el tablero adecuado para el edificio de acuerdo a su consumo de carga y por último el tipo de canalización. Consideramos que este proyecto nos ayudó a conocer un poco más de lo que se hace en el ámbito laboral para calcular cargas, voltajes, conductores, etc., también conocimos los tipos de materiales que se utilizan en una instalación, cuál es su función y su importancia en dicha instalación. 33
ANEXOS Tabla 220-34 Método opcional (Factores de demanda) Tabla 250-94 Conductor de Tierra de Instalaciones de c. a. 34
Tabla 310-15(d) Tipos y designación de los conductores alimentadores Tabla 310-15 (g) Factores de Ajuste 35
Tabla 310-16 Capacidad de Conducción 36
Tabla 10-4 Dimensiones de tubo (Conduit) 37
Tabla 5 Catalogo Conductores eléctricos-thw 38
Tabla 6 Catalogo Tableros de alumbrado NQOD o NQ 39
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REFERENCIAS NOM-001-SEDE-2005 NORMAS DE DISTRIBUCIÓN CONSTRUCCIÓN - LÍNEAS SUBTERRANEAS 41