calculos de demanda para instalaciones comerciales e industriales

CALCULOS DE DEMANDA PARA INSTALACIONES COMERCIALES E INDUSTRIALES Hernando Arias Marín I.E. Las instalaciones comerciales e industriales tales como oficinas, bancos, tiendas o almacenes, restaurantes, talleres, refinerías y otras plantas industriales tienen diversas cargas eléctricas. Estas cargas son consideradas como continuas o no continuas, y factores de demanda, bajo ciertas circunstancias son permitidas. Carga continua es definida en el artículo 100 del NEC, como aquella carga cuya máxima corriente se presente durante tres horas o más continuamente. El Factor de Demanda (Fd) se define como la relación entre la máxima demanda y la carga total instalada, o simplemente un factor que se aplica a la carga y es menor al 100% (o a 1). INSTALACIONES COMERCIALES E INDUSTRIALES Las cargas son calculadas en base al tipo de uso y de los requerimientos del equipo servido. Sea por la forma normal o la opcional los cálculos se usan para cuantificar las cargas en voltiamperios (VA) o amperios para dimensionar los alimentadores y conductores asociados a los equipos servidos. Como iluminación, toma corrientes normales y especiales de acuerdo a los equipos utilizados en la instalación. El ejemplo siguiente presenta la forma de organizar las cargas en siete categorías basadas en su uso o aplicación y de acuerdo a los requerimientos de la NTC 2050 o NEC. 1.
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Cargas de iluminación Cargas de fuerza (tomas) Cargas de fuerza especiales (tomas especiales) Cargas de moto‐compresores herméticos Cargas de motores Cargas de calefacción o de aire acondicionado La carga del motor más grande Carga No 1 ‐ Iluminación Las cargas de iluminación se consideran como continuas o no continuas y para algunos casos especiales el código permite el uso de un factor de demanda. Para sistemas a 600 voltios o menos los requerimientos sobre cargas continuas están localizados en las secciones 210.19 y 210.20 para circuitos ramales, secciones 215.2 y 215.3 para alimentadores y sección 230.42 para conductores de acometida. Por ejemplo, la carga general de iluminación para un edificio de oficinas de 1000 m² es de 22000 VA (1000x22 VA) tabla 220‐3b. Los 22000 VA son incrementados un 25% ya que las cargas son continuas 22000x1.25 = 27500 VA. Las otras cargas se calcularán de acuerdo a su uso. Carga No 2 – Tomas La carga de tomas es la segunda carga a considerar, esta carga se divide en dos subgrupos: 1. Salidas de tomas de aplicación general 2. Salidas de tomas múltiple (ensambladas de fábrica) Se debe determinar si el uso de los tomas es continuo o no continuo. Por ejemplo el cálculo para 100 salidas de tomas continuos es 22500 VA (100x180 VA x1.25 = 22500 VA). Sí los 100 tomas son considerados carga no continua, la carga es de 18000 VA (100x180VA = 18000 VA). Aplicando el factor de demanda de la tabla 220.44 entonces tenemos que: De 220.13 100 tomas x 180 VA = 18000 VA Usando la tabla 220.13 18000 VA ‐10000 VA = 8000 VA 8000 VAx50% = 4000 VA La carga total es de 10000+4000= 14000 VA Carga No 3 Salidas de tomas especiales La cargas de tomas especiales es el tercer tipo de cargas a ser consideradas para el propósito de cálculo y dimensionamiento de acometidas y alimentadores y sus protecciones de sobre corriente, la carga debe ser clasificada como continua o no continua y cuando sea permitido usar factores de demanda como se especifica en el art. 220 del NEC o NTC 2050. Por ejemplo, para un proceso continuo con una carga de 2400VA, la carga calculada es de 3000 VA = (1.25x2400VA). Carga No 4 ‐ Compresor con motor de refrigeración hermético Si es instalada, esta carga es el cuarto tipo de carga a ser considerada y se calcula multiplicando la carga plena del moto ‐ compresor por el 125%, como lo describe el art. 440.32 y aplicando el art. 440.34 donde más de una unidad es presente. Por ejemplo: si la carga del compresor es de 37300 VA, multiplicando este valor por 1,25; la carga del equipo es 46625 VA. Carga No 5 – Motores Los motores son la quinta carga a ser calculada. Los VA de cada motor son convertidos desde la corriente de plena carga (FLA) de las tablas 430.248 (148)* para motores monofásicos o de la tabla 430.250 (150)* para los motores trifásicos y multiplicando este valor por la tensión de alimentación. * Los números entre paréntesis corresponden a la NTC 2050, los iniciales al NEC 2008. Por ejemplo: para un motor a 460V trifásico de 50 HP, la FLA = 65 Amps a su vez = 65x480Vx1.732 VA (el voltaje asumido según el art. 220.5 (220.2) si la tensión de alimentación no esta definida) el resultado es = 54038.4 VA Nota: todos los motores para el cálculo deben ser convertidos a VA de esta manera. En situaciones donde hay más de un motor el artículo 430.24 provee los requerimientos para el cálculo de los VA de motores totales conectados. Carga No 6 – Calefacción o aire acondicionado Cargas de calefacción o aire acondicionado son las número seis a ser consideradas en su cálculo. Usando los cálculos estándar (parte III del art. 220) estas cargas son referidas como cargas no coincidentes por el art. 220.60 (220.21). Usando este método de cálculo, la carga de calefacción o de aire acondicionado es comparada y la más grande en VA es usada en el cálculo total de carga. La carga más pequeña se puede no tener en cuenta. Por ejemplo: En una instalación con una unidad de 10000 VA de calefacción y una unidad de aire acondicionado de 3500 VA, la unidad de calefacción es seleccionada sobre la de aire acondicionado para efectos del cálculo de carga general. Igualmente cuando se consideren cargas no coincidentes se procede de igual manera. Carga No 7 – Carga del motor más grande La carga del motor más grande es la séptima carga a considerar. El motor más grande de las cargas de motores listadas en las cargas cuarta, quinta o sexta de nuestra consideración. Igualmente los VA del motor se calcularán como se explicó anteriormente de acuerdo a los artículos 220.50 y 430.24 los VA resultantes se multiplican por 1,25. Por ejemplo: de la quinta carga considera en este escrito, el motor mayor es de 54038.4 VA; al incrementarse en un 25% la carga adicional a considerar es de 13509.6 VA. Cálculo total de carga en VA: Para calcular la carga total de los siete puntos anteriores, entonces tenemos que: Carga 1: 27500 VA (iluminación) Carga 2: 14000 VA (tomas generales) Carga 3: 3000 VA (tomas especiales) Carga 4: 46625 VA (compresor) Carga 5: 54038.4 VA (motor) Carga 6: 10000 VA (calefacción) Carga 7: 13509.6 VA (carga adicional motor +grande) Total VA: 168669.4 VA Conclusión: Siguiendo los pasos descritos podemos organizar las cargas para determinar el dimensionamiento de los alimentadores y acometidas generales de una instalación. Debemos tener en cuenta que además de las cargas no coincidentes , podemos aplicar Factores de Demanda basados en el conocimiento claro de cómo trabajan las cargas; el ejemplo presentado es muy general y será cada ingeniero responsable al calcular la demanda general de un proyecto o instalación con un criterio técnico claro y aplicando la normatividad establecida . Entonces basados en el sistema de alimentación y su tensión, los VA calculados son usados para determinar la ampacidad de los conductores del alimentador y la acometida y dimensionar los equipos de protección de sobre corriente respectivos. Bibliografia: Commercial and industrial Calculations by James G. Stallcup (Chair of the Committee EECA, a principal member of the 70E Committee, Past President of the Electrical Section of NFPA, and d Former Chair of NEC Code). NFPA‐ NATIONAL ELECTRIC CODE 2008 EDITION NTC 2050 Primera actualización 11/1998