Selección y cálculo de Calibres

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3.

Selección y cálculo de calibres

Una vez que se ha elegido un producto, y habiendo tomado en cuenta la norma vigente durante el diseño eléctrico de la instalación, el siguiente paso es el cálculo del calibre mínimo del conductor, considerando dicho diseño. Con respecto a esto, únicamente analizaremos el cálculo del calibre mínimo para conductores de baja tensión.

Factores a considerar durante el cálculo del calibre mínimo En primer lugar, es necesario aclarar que el calibre mínimo para una instalación no es siempre el más económico. Los principales factores que se deben considerar al calcular el calibre mínimo para un conductor de baja tensión son: B. Que Que la la tem temper peratu atura ra del conductor no dañe el aislamiento

C. Que Que la caíd caídaa de tensi tensión ón esté esté dentro de las normas A. Que la la sección sección del del conduct conductor or pueda pueda transportar la corriente necesaria

Es vital considerar los tres aspectos a la vez, porque en caso contrario se podrían ocasionar los siguientes problemas: A. Si la sección sección de cobre cobre es menor: menor:







B. Si no se proteg protegee el aislam aislamient iento: o: • El aislam aislamiento iento sufrirá sufrirá deterioro deterioro por alta temperatur temperatura, a, aumentando aumentando el riesgo riesgo de fugas de de corriente corriente y cortocircuitos. • Dis Dismin minuir uiráá la vid vidaa útil útil del del conduc conductor tor.. C. Si no se cuida que la la caída de tensión sea correcta: correcta: • El ci circui rcuito to y los los conduc conductore toress trabaja trabajarán rán fuera fuera de norma norma.. • Pued Pueden en dañ dañarse arse los los equipos equipos alimenta alimentados, dos, o no dar dar el servici servicio o requerid requerido. o.

Datos necesarios para el cálculo Existen personas que tienen una vasta experiencia en instalaciones eléctricas, y que con los años se han acostumbrado a calcular los calibres conociendo únicamente la potencia, o la corriente y el voltaje. Algunos también preguntan la longitud del circuito, y aunque es cierto que muchas veces aciertan en el cálculo del calibre correcto, es también innegable que en otras ocasiones fallan en éste, por no haber tomado en consideración todos los datos necesarios. Los datos que se presentan a continuación son, en principio, suficientes para que el cálculo mencionado no tenga posibilidad de error:

Datos necesarios







Como se observa en la tabla circular, estos datos tienen relación directa con los factores anotados anteriormente: conducción de corriente, protección al aislamiento y caída de tensión. Para evitar confusiones, se aclarará un poco cada uno de los datos presentados. • • • • • • •

Factor de Factor de poten potencia cia:: del equi equipo po a alime alimenta ntar. r. Eficie Efi cienc ncia: ia: de dell equip equipo o a alime alimenta ntar. r. Poten Pot encia cia en en H.P. H.P. o kW: kW: del del equipo equipo a alim alimen entar tar.. Voltaje Volt aje de de aliment alimentació ación: n: 127, 127, 220, 220, 440 440 Volts, Volts, etcéte etcétera. ra. Tipo de corri corriente ente:: direc directa, ta, alter alterna, na, 1Ø, 2Ø, 3Ø. Longitud Long itud de de la instal instalació ación: n: para para calcular calcular la la caída caída de tensi tensión. ón. Tipo de circuito: alimentador o derivado; derivado; la norma NOM-001-SEMP NOM-001-SEMP permite 3 por ciento ciento de de caída de tensión para derivados, y 5 por ciento para el conjunto del alimentador más el derivado. • Temperat Temperatura ura ambiente: ambiente: la más más caliente caliente en verano, verano, o la de la recámara, si se tiene tiene alguna alguna máquina máquina que disipe mucho calor. • Tipo de de servicio: servicio: 24 24 horas al día, arranque y paro continuo, servicio nocturno, etcétera. • Tipo de instalación instalación:: al aire libre, en en tubo conduit, en en charola, directame directamente nte enterrado, enterrado, etcétera.

Procedimiento general de cálculo La forma en que deben manejarse los datos anteriores, para obtener un cálculo correcto del calibre del conductor, se resume en el siguiente diagrama:







Métodos de cálculo El diagrama del punto anterior es genérico, pero son varios los métodos que se utilizan en la práctica para calcular calibres mínimos. Aquí se comentarán únicamente tres de ellos: • Métod Método o largo largo a parti partirr de de fórm fórmula ulas. s. • Cal Calcul culado adorr de calib calibre ress para para baja baja tensi tensión. ón. • Tant Tanteo eo (este (este mét método odo no siempr siempree es seguro, seguro, como como se comenta comentará rá más adelan adelante). te).

Método largo a partir de fórmulas Sin duda es muy seguro, pero requiere de tablas, calculadora, etcétera, y de una cantidad de tiempo considerable. Es muy utilizado por diseñadores y proyectistas de obras eléctricas; sin embargo, para baja tensión pueden utilizarse otros métodos tan seguros como éste, pero más ágiles. A continuación se presenta una guía con los pasos que incluye este método.

Guía para determinar el calibre del conductor en baja tensión

1. Seleccionar Seleccionar el tipo de conductor adecuado adecuado de acuerdo con el uso específico específico de la instalación instalación (véase el catálogo de Condumex); además se deberá saber si la instalación se efectuará en tubo conduit, al aire libre o en charola. 2. Calcular la corriente corriente que va a transportar transportar el conductor conductor con la fórmula adecuada adecuada que aparece aparece en las tablas de fórmulas eléctricas más usuales. En el caso de motores, es posible calcular la corriente con dichas fórmulas, o consultarlas directamente en las tablas de valores de corriente a plena carga para motores. Es necesario aumentar a la corriente de plena carga en los motores un 25 por ciento adicional para cumplir con la norma NOM-001-SEMP; en el caso de dos o más motores, hay que sumar las corrientes nominales de éstos y aumentar solamente 25 por ciento del valor de la corriente del motor más grande. 3. Es necesario necesario afectar este valor de de corriente por los factores factores de corrección corrección por temperatura temperatura y agrupamiento (tablas 5.7, 5.8 y 5.9). Este nuevo valor de corriente no circulará realmente por el conductor, su utilidad radica en simular las condiciones adversas en las que se estará trabajando.







5. Una vez localizado localizado el calibre del conductor, conductor, será necesario necesario verificar la caída de tensión tensión que sufrirá la instalación, utilizando para esto la fórmula de caída de tensión, que es:

%∆V =

Fc x L x I 10 Ve

donde: %∆ V = L = I = Ve = Fc =

Caídaa de Caíd de ten tensi sión ón (p (por orce cent ntaj aje) e) Lonngitu Lo tudd de del cir circu cuit ito o (m (m) Corr Co rrie ient ntee que que cir circu cula la (am (ampe pere res) s) Vol olta taje je de ali alim menta tacció iónn Fact Fa ctor or de ca caíd ídaa de de ten tensi sión ón un unit itar aria ia

milivolts ( amper-m ) núm. 5.13) (véase tabla

Es importante recalcar que, en esta fórmula, la corriente que se utilizará será la que resulte en el segundo paso, es decir, que aquí la corriente no debe ser afectada por los factores de corrección por agrupamiento y temperatura. 6. Si la caída de tensión tensión es mayor a 3 por ciento ciento para circuitos circuitos alimentadores alimentadores o derivados, derivados, o de 5 por ciento para la suma de alimentador más derivado, es necesario calcular un calibre superior. Esto se puede hacer despejando el factor de caída unitaria (Fc) de la fórmula anterior, que quedaría como sigue: Fc =

%∆V x 10 x Ve LxI

donde: %∆ V = 3% má máx. x.,, seg según ún la no norm rmaa NOM NOM-0 -001 01-S -SEM EMPP I = Corr Corrient ientee que circ circula ula en en el circui circuito to sin sin ser afec afectada tada por los los factore factoress de agru agrupami pamiento ento y temperatura ambiente L = Lo Lonngitu tudd de del cir circu cuit ito o (m (m) Ve = Vol olta taje je de ali alim menta tacció iónn milivolts Fc = Fa Fact ctor or de ca caíd ídaa de de ten tensi sión ón un unit itar aria ia amper-m

( Conociendo Fc, se buscará y escogerá en la tabla)núm. 5.13 el calibre que da igual o menor factor de caída de tensión.









tiempo para escoger adecuadamente las protecciones de la línea. Para conocer el tiempo máximo en el que deberá operar la protección, véanse las gráficas de corriente de cortocircuito, donde en el eje horizontal se exhiben los calibres, y en el vertical, la corriente en miles de amperes. La intensidad de corriente que podrá soportar el conductor, dependerá del tiempo en que operen la protección y el calibre. Para ilustrar un poco más este método, se presenta un ejemplo sencillo de aplicación, aclarando que las tablas citadas se localizan en la sección 5 de este manual.

Ejemplo de selección de calibre Seleccionar el calibre más adecuado de la línea Vinanel 2000 MR para alimentar el siguiente circuito.

Datos:

Mo t or n ú 1

H.P. 5

Voltaj 440 V

Fas es 3

Factor de Poten F.P.

Eficienci ηN(1)

85%

73%







Consultando las fórmulas, tenemos: I =

H.P. x 746 1.732 x E x η x F.P.

Cada motor de 5 H.P. tomará: I =

5 x 746 = 7.9 amperes 1.732 x 440 x 0.73 x 0.85


3 x 746 = 5 amperes 1.732 x 440 x 0.69 x 0.85


10 x 746 = 15 amperes 1.732 x 440 x 0.84 x 0.78

Se obtiene la corriente total del circuito In (corriente nominal): In = 7.9 x 2 + 5 x 2 + 15 x 3 In = 15.8 + 10 + 45 In = 70.8 amperes Como la norma señala aumentar 25 por ciento del motor más grande del circuito, tendremos que la corriente resultante (Ir) será: Ir = 70.8 + (0.25 x 15) Ir = 70.8 + 3.75 Ir = 74.55 amperes







Esta corriente afectada (I∆ ) no existe realmente, es sólo una manera de considerar las condiciones adversas en las que trabajará el conductor. Al consultar en la tabla núm. 5.1 (Vinanel 2000MR) el calibre necesario para transportar 98.5 amperes, el 6 AWG es el que puede transportar hasta 105 amperes al aire libre. La caída de tensión (%∆ V) se analiza aplicando la fórmula del punto 5 de la guía para selección del calibre en baja tensión: %∆ V = Fc x L x Ir 10 Ve

%∆ V =

2.92 x 135 x 74.55 10 (440)

Fc puede obtenerse de la tabla núm. 5.13, los demás valores son datos del problema.

%∆ V = 6.67% La caída de tensión sobrepasa el 3 por ciento que marca la norma NOM-001-SEMP; por lo tanto, será necesario buscar un calibre superior. Para esto, despejamos de la fórmula Fc y nos queda: Fc = %∆V x 10 x Ve L x Ir

Y substituyendo, tenemos: Fc = 3 x 10 x 440 = 1.3115 135 x 74.55

Considerando %∆ V = 3







El calculador tiene dos caras: Frente

Reverso







Para calcular el calibre requerido para alimentar un motor, se toma la corriente nominal y se multiplica por 1.25 (por el efecto de arranque), siempre y cuando se conozca la eficiencia y F.P. Otra opción es utilizar la corriente a plena carga del motor y multiplicarla por el mismo factor.

Ahora bien, para obtener los factores de corrección para el Vinanel 2000MR y el Vinanel NylonMR adecuados para una temperatura de operación de 90°C, se debe desplazar la regleta de la posición normal hacia la izquierda, haciendo que coincidan las flechas.

El objetivo es que el conductor esté protegido de los sobrecalentamientos que se presentan con cada arranque.

Los factores de corrección que se obtengan se multiplican por la corriente calculada en el cuadro 1. El valor resultante será la corriente del cuadro 4.

Este valor de corriente corregida es lo que llamaremos corriente del cuadro 1.

C. Cuadro 3

B. Cuadro 4

Contiene los factores de corrección por agrupamiento y por temperatura ambiente. Estos factores son muy importantes, ya que si no se toma en cuenta el número de conductores que irán juntos en una canalización, ni la temperatura en el lugar de la instalación, se corre el riesgo de calcular un calibre mínimo, que puede causar que el conductor alcance su temperatura máxima de operación únicamente con la corriente nominal. Esto ocasiona que el conductor reciba más calor al estar junto a otros o en un lugar cálido, sobrepasando así la temperatura máxima de operación y provocando desgaste prematuro.

En primera instancia, se selecciona el producto (TW 60°C, THW, THWN 75°C, Vinanel 2000MR o Vinanel NylonMR 90°C). Luego se selecciona el renglón "conduit" o "charola", dependiendo del tipo de instalación que se realice. Finalmente, una vez que se ha seleccionado correctamente el renglón, se desplaza la costilla hacia la izquierda, hasta encontrar un valor de corriente mayor o igual al calculado en el cuadro 4.

D. Cuadro 2

Aquí se indica el calibre capaz de transportar la corriente calculada en el cuadro 4.

Cuadro 5









correspondiente a su voltaje de trabajo (127, 220 ó 440 Volts) y localizarse el valor de caída de tensión sobre la flecha escogida. Es importante observar que esta escala de caídas de tensión crece logarítmicamente de derecha a izquierda. El valor obtenido con esta escala se multiplica por la longitud del circuito, obteniéndose así la caída de tensión. Si la caída calculada es menor o igual a 3 por ciento (en circuitos derivados) o menor o igual a 5 por ciento (en el conjunto alimentador más derivado), el calibre calculado en el cuadro 4 es el correcto. Si su caída de tensión es mayor, será necesario tomar el calibre superior y repetir el cálculo.

F. Cuadro 6

Aunque permite calcular la tubería necesaria, conviene comentar que el resultado no coincide con lo que la práctica demuestra. Para redondear la explicación del manejo del calculador de calibres, se utilizará el siguiente ejemplo: Ejemplo del manejo del calculador







Solución: 1. Fórmula seleccionada:

I =

H.P. x 746 3 x V x η x F.P.

(cuadro 1)

2. Como no se conoce conoce la eficiencia eficiencia h ni el factor de potencia potencia F.P., se tienen tienen dos opciones: opciones: • Supo Suponer ner que que h = 0.9 y F.P. F.P. = 0.85; 0.85; posteri posteriorme ormente nte sustitu sustituir ir en la fórmu fórmula. la. • Obte Obtener ner la corrie corriente nte de las las tablas tablas de corrien corrientes tes nomina nominales les a plena plena carga. carga. La segunda opción es posiblemente la más sencilla, por lo que se incluyen estas tablas para utilizarlas en caso de desconocer la eficiencia o el factor de potencia. 3. El valor valor de de la corri corriente ente es: I = 1.25 x 15 + 7.9 + 3.6 = 30.25 amperes Como puede notarse, para incluir el factor de arranque debió multiplicarse por 1.25 la corriente del motor de 10 H.P., que es el más grande. 4. Los factores de corrección corrección por agrupamiento agrupamiento y por temperatura temperatura ambiente para el producto producto TW (60°C) son:

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