DERECHOS RESERVADOS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
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ELABORACIÓN DE UNA HERRAMIENTA PARA LA
REALIZACIÓN DE CÁLCULOS EN DISEÑOS ELÉCTRICOS DE
INGENIERÍA BÁSICA EN MEDIANA Y BAJA TENSIÓN EN LA
EMPRESA TECSER INGENIERÍA C.A.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
PRESENTADO POR:
Br. Peralta Guevara, Julio Alberto
CI: 13.841.668
Br. Sulbarán Gutiérrez, Kelvin Alberto
CI: 13.863.417
MARACAIBO, OCTUBRE DE 2003
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
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D DE UNA HERRAMIENTA PARA LA REALIZACIÓN
ELABORACIÓN
DE CÁLCULOS EN DISEÑOS ELÉCTRICOS DE INGENIERÍA
BÁSICA EN MEDIANA Y BAJA TENSIÓN EN LA
EMPRESA TECSER INGENIERÍA C.A.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE
INGENIERO ELÉCTRICISTA
__________________________________
Br. Peralta Guevara, Julio Alberto
CI: 13.841.668
__________________________________
Br. Sulbarán Gutiérrez, Kelvin Alberto
CI: 13. 863.417
MARACAIBO, SEPTIEMBRE DE 2003
HOJA DE APROBACIÓN
Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado “ELABORACIÓN DE
UNA HERRAMIENTA PARA LA REALIZACIÓN DE CÁLCULOS EN DISEÑOS
ELÉCTRICOS DE INGENIERÍA BÁSICA EN MEDIANA Y BAJA TENSIÓN EN LA
EMPRESA TECSER INGENIERÍA C.A.” que los bachilleres Peralta Guevara, Julio
Alberto, portador de la cedula de identidad número V-13.841.668 y Sulbarán
Gutiérrez, Kelvin Alberto, portador de la cedula de identidad número V-13.863.417,
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presentan para optar al titulo de Ingeniero Electricista. Maracaibo Octubre de 2003
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JURADO
HO EXAMINADOR
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DE
____________________
Ing. Arnaldo Largo.
C.I.: V-9.785.008
Tutor Académico.
____________________
Ing. Jorge Torres.
C.I.: V- 4.195.985
Jurado.
____________________
Ing. Nesky Tapia.
C.I.: V-12.216.305
Jurado.
____________________
Ing. Arnaldo Largo.
C.I.: V-9.785.008
Director de la escuela de
Ingeniería Eléctrica.
____________________
Ing. José Bohórquez.
C.I.: V-3.379.454
Decano de la facultad
de Ingeniería.
DEDICATORIA
A Dios, por darme la vida, salud y permitirme estar rodeado de
personas que me ayudan a lograr mis metas.
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A y comprensión,
A mis Padres Julio y Antonia, por su apoyo,
Vayuda
R
E
ES
R
hasta la culminación de miS
carrera.
HO
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E
DER
A mis hermanos José y Anjuly por estar a mi lado en todo
momento.
Julio A. Peralta G.
AGRADECIMIENTO
A Dios que siempre estuvo conmigo y me lleno de salud y perseverancia.
A mis Padres, Hermanos y demás Familiares por estar presentes todo el
tiempo, y apoyarme en los momentos más difíciles.
S
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D
A
Vdarme
R
E
A la ilustre Universidad Rafael Urdaneta,
por
la oportunidad
S
E
R
alcanzar mi meta.
OS
H
C
E
DER
de
A mis Compañeros de clase, que siempre me acompañaron durante todos
mis estudios.
A todos los Profesores que me formaron en esta carrera en especial a mi
tutor académico Arnaldo Largo.
A las Familias, Sulbarán, Hernández, Canelón, Morales, Guevara, Montero; y
todos los que de una u otra forma me dieron su apoyo incondicional para
lograr este gran sueño.
Peralta G. Julio A.
DEDICATORIA
A Dios primero que nada por darme salud y paciencia para poder
lograr solo una de las meta de mi vida.
A mis Padres Edecio Sulbarán y Lisbeth de Sulbarán, por
S
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D
todos los momentos a lo largo de mi carrera.
VA
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E
S
E
R
OS
H
C
E
A mis hermanos
DER Keisy, Kendry, a mi sobrina Paola Andreina y
brindarme en todo momento su apoyo, ayuda y comprensión en
a
mi familia en general que en muchas ocasiones dudaron de poder
alcanzar esta meta.
Kelvin A. Sulbarán G.
AGRADECIMIENTO
A Dios Todopoderoso por guiarme hacia el camino correcto.
A toda mi familia que estuvieron presentes durante los momentos difíciles y
no tan difíciles de mi carrera, de manera muy especial a mi Padre y a mi
Madre que sin ellos seguro no habría podido llegar, brindado todo su apoyo
S
O
D
A la oportunidad de
A la ilustre Universidad Rafael Urdaneta, por
Vdarme
R
E
S
E
alcanzar mi meta.
R
OS
H
C
E Ingeniería por darme la oportunidad de terminar de
A la empresa R
E Tecser
D
desarrollar los conocimientos obtenidos en la universidad y a todo el personal
tanto económico como moral.
de la misma que de manera desinteresada me prestaron toda su ayuda, a los
Ingenieros Freddy Sulbarán, Alfredo Rubinstein, Renny Álvarez, Jhon
Espinel, entre otros que de alguna forma también prestaron su colaboración.
A todos los Profesores que me formaron en esta carrera desde el mismo
comienzo, entre los cuales destaca el Ingeniero Arnaldo Largo por dedicar
gran parte de su tiempo en la realización de este trabajo.
A mis Compañeros de clase, que siempre me acompañaron en gran parte de
todos mis estudios, a Angie Ferrer, David Roberty, Jhon Ponnefz, Julio
Peralta, Julio Piña, entre otros que si los nombro no terminaría nunca, como
también todos mis amigos fuera de la universidad que no hace falta
nombrarlos.
Kelvin A. Sulbarán G.
RESUMEN
Peralta Guevara, Julio Alberto; Sulbarán Gutiérrez, Kelvin Alberto.” Diseño de una
Herramienta para la Realización de Cálculos en Diseños Eléctricos de
Ingeniería Básica en Mediana y Baja Tensión en la Empresa TECSER
INGENIERIA C.A.” Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela
de Ingeniería Eléctrica. Maracaibo 2003.
El objetivo principal de este trabajo es la realización de una herramienta que
permita agilizar los cálculos en diseños eléctricos, enfocados en la Ingeniería
Básica, en mediana y baja tensión en la empresa TECSER INGENIERIA C.A.
utilizando el lenguaje de programación Visual Basic además de hojas de cálculo
bajo el formato Excel.
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E
Esta herramienta permite a los usuarios introducir
toda
la información necesaria
S
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acerca de cualquier proyecto queS
elaborar, en donde hojas de cálculo
O se dedesea
H
bajo el formato Excel seC
encargarán
llevar a cabo todos los cálculos
RE permite seleccionar la ventana dentro de la cual se
respectivos. LaE
herramienta
D
introducirán datos referentes al diseño eléctrico o proyecto en desarrollo. Una
vez que se introducen todos los datos, la ventana se enlaza con las hojas de
cálculo bajo el formato Excel que como ya se mencionó, realiza todos los
cálculos requeridos por el diseño.
De manera general se concluye que la herramienta elaborada es de gran
ayuda, por cuanto agiliza los diseños eléctricos en forma general en cuanto a
tiempo influyendo ello en relación al factor costo.
ÍNDICE GENERAL
PÁG.
HOJA DE APROBACIÓN
III
DEDICATORIAS
IV
AGRADECIMIENTOS
VI
RESUMEN
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ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE FIGURAS
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DE
INTRODUCCIÓN
VIII
X
XIV
2
CAPÍTULO I
5
EL PROBLEMA
5
Planteamiento del Problema
5
Formulación del Problema
8
Objetivo General
8
Objetivos Específicos
8
Justificación del Problema
10
Delimitación de la Investigación
11
CAPÍTULO II
13
MARCO TEÓRICO
13
Antecedentes de la Investigación
13
Reseña Histórica de TECSER INGENIERÍA C.A.
14
Bases Teóricas
16
SISTEMAS AUTOMATIZADOS
16
Análisis de carga
17
Datos de Carga Firme
17
Demanda Máxima para 8 horas
17
Demanda Máxima para 15 minutos
17
Demanda Máxima Ajustada
18
Factor de Demanda
18
Carga Conectada
18
Factor de carga
18
Capacidad Nominal de Placa
18
KVA de Operación Intermitente
18
Cargas de Reserva
20
Máxima Demanda de 8 Horas del CCM
20
Máxima Demanda de 15 Min. del CCM
20
Capacidad Nominal
20
Análisis Preliminar de Cargas
20
TRANSFORMADORES DE POTENCIA
21
Valores Nominales
22
Normas para el Dimensionamiento de Transformadores
23
Dimensionamiento de Transformadores
23
MOTORES ELÉCTRICOS
24
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S
Arranque a pleno voltaje
Arranque con resistencia o reactor
Arranque por Autotransformador
E
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S
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CH
Arranque Fraccionado
E
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DEDE C.A.
TIPOS DE MOTORES
Arranque en delta – estrella
26
26
26
27
27
27
Motores Síncronos
27
Motores Polifásicos de inducción (motores asíncronos)
28
Requerimientos de Funcionamiento de Motores
29
Dimensionamiento de Motores Eléctricos en Baja Tensión
30
Hojas de Datos de Motores
31
CONDUCTORES ELÉCTRICOS
32
Conductores de Cobre y Aluminio
32
Características de Conductores Eléctricos
33
Conductores desnudos
33
Conductores aislados
34
Dimensionamiento de Conductores en Baja Tensión
35
Calibre según el C.E.N o las Normas que se rigen.
37
PLANOS ELÉCTRICOS
38
Alcance
38
Programación
38
Paquetes de Planos de Diseño Eléctrico
39
Planos de Planta
39
Planos Base
40
Diseño
40
Presentación
40
Detalles
41
Diagramas Esquemáticos y de Cableado
41
Cómputos de materiales
42
Diagramas Unifilares
42
Normas y Referencias
44
CAPÍTULO III
46
MARCO METODOLÓGICO
46
Tipo de Investigación Descriptiva
46
Diseño de Investigación de Campo
46
TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
47
Observación Directa
47
Observación Indirecta
48
FASES METODOLÓGICAS
48
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CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
OBJETIVOS ALCANZADOS
Fase I
Fase II
Fase III
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57
57
57
57
58
60
Fase IV
61
Fase V
62
Fase VI
67
Fase VII
70
Fase VIII
73
Fase IX
83
CONCLUSIONES
85
RECOMENDACIONES
87
BIBLIOGRAFÍA
89
ANEXOS
91
INTRODUCCIÓN.
Los diseños eléctricos de ingeniería básica en la empresa TECSER INGENIERÍA
C.A. cumplen un papel muy importante por cuanto se trata de una de las etapas
del proyecto que desarrolla gran parte de los objetivos que se desean alcanzar.
Con el avanzar del tiempo los diseños eléctricos referentes a ingeniería básica
necesitan una dinámica que permitan facilitar su elaboración Esto hace imperativo
S
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D
A
V
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E
de una manera más cómoda a los requerimientos
S del cliente.
E
R
OS
H
C
E
La empresa TECSER
DERINGENIERÍA C.A. implementa un procedimiento de diseños
contar con una herramienta de trabajo que goce de suficiente flexibilidad como
para la elaboración de una forma más eficiente dicho diseño y así poder adaptarse
eléctricos referentes a ingeniería básica que permite la elaboración de los
diferentes cálculos. Pero se espera que al concluir este trabajo se cree una
herramienta más amigable ala hora de dar a conocer los datos elaborando un
programa que permita desarrollar los cálculos en forma automática.
Dentro de los objetivos que persigue esta investigación, está realizar una serie de
pasos que permitan elaborar un herramienta para la realización de cálculos, la
cual logre mejorar la forma de definir la fase correspondiente a la ingeniería básica
además de disminuir el tiempo estimado correspondiente a esta fase. El plan de
trabajo consiste en recabar toda la información de cómo se desarrollara la
ingeniería básica dentro de la empresa así como también las diferentes fórmulas
que se manejan y elaborar las diversas tablas con cálculos referentes a esta
ingeniería las cuales se realizaron bajo formato Excel. Esta herramienta que se va
realizar está elaborada bajo el formato de programación Visual Basic donde el
usuario podrá introducir todos los datos posibles referidos al proyecto y tendrá la
facultad de comunicarse con las diferentes tablas elaboradas en Excel para que
esta realice, mediante un macro, todos los cálculos posibles.
Este trabajo especial de grado se encuentra estructurado de la siguiente manera:
En el capítulo I se explica en forma general los posibles problemas a la hora de
elaborar la ingeniería básica y sus consecuencias. En el capítulo II se realizó la
fundamentación teórica de los métodos de estudio para conocer cada uno de los
elementos que forman parte de una instalación eléctrica, y los factores que
intervienen en el buen funcionamiento de determinada instalación, para aplicar de
manera correcta todas las herramientas de ingeniería para el desarrollo
satisfactorio de la misma. En el capítulo III se describe la metodología utilizada y el
S
O
D
A
V
R
E
una explicación de los pasos seguidos paraE
laS
realización de dicho análisis.
R
OS
H
C
E
DER
procedimiento por medio del cual se llevó a cabo la realización de esta
investigación. Por último en el capitulo IV se muestra el análisis de los resultados y
EL PROBLEMA.
Planteamiento del Problema.
TECSER INGENIERÍA C.A. es una empresa dedicada a la prestación de servicios
de ingeniería integral, tanto en el sector privado como en el sector público. Entre
los diversos objetivos de la empresa, se encuentra el de realizar diseños de
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E
S
ingeniería básica y de detalles para las instalaciones de la Industria Petrolera,
Petroquímica, Carbonífera, entre otras.
E
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S
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EC
R
E
Dó disciplinas
departamentos
como lo son: la disciplina de Obras Civiles, la
disciplina
la
Funcionalmente la empresa TECSER INGENIERÍA C.A. se encuentra dividida en
de
Electricidad,
disciplina
de
Mecánica,
la
disciplina
de
Instrumentación y la disciplina de Procesos, las cuales se interrelacionan entre sí
para el desarrollo de un proyecto.
Todo proyecto que se desarrolla en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
contempla tres fases de ingeniería, como lo son: la de Ingeniería Conceptual,
Ingeniería Básica y la ingeniería de Detalles.
La Ingeniería Conceptual se encarga de definir el por qué de la realización de un
proyecto, estudiando la factibilidad del mismo sin entrar en los detalles de criterios
de diseño y análisis de costos.
La Ingeniería Básica contempla la ingeniería generalizada, teniendo como base la
Ingeniería Conceptual. En esta fase se desarrolla todo lo que tiene que ver con
diseños principales o existentes del proyecto y se lleva a cabo sin profundizar
planos unifilares, criterios de diseño, cómputos métricos, análisis de costos y
documentos generales.
La Ingeniería de Detalles se encarga de profundizar en forma clara y sin errores la
Ingeniería Básica a través de planos y documentos muy particulares, cómputos
métricos y estimado de costos definitivos más criterios comprobados para dar
inicio a la ejecución del proyecto.
La Disciplina de Electricidad en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A. cumple
con la tarea fundamental de realizar o elaborar diseños eléctricos. Es por medio de
la interrelación disciplinaria con la cual se recaba la información necesaria para la
S
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A
V
R
E
En aspectos generales, el diseño eléctrico
Sdesarrollado por la Disciplina de
E
R
Electricidad, contempla el dimensionamiento
según requerimientos de: Fuentes de
OS
H
C
E
Potencia de D
Servicio
ER Ininterrumpido (U.P.S.), Centro de Control de Motores
operación de cada departamento.
(C.C.M.), Cargadores de Baterías, Tableros de Distribución de Energía Eléctrica,
Conductores Eléctricos y Transformadores.
Estos dimensionamientos provienen de lo que se conoce como la realización
previa de análisis de carga cuya finalidad radica en determinar la demanda de
energía y según ello canalizar, según normativas, la vía por medio de la cual se
suministra potencia eléctrica, además de dimensionar las máquinas estáticas
necesarias que transformarán, según requerimientos, los potenciales eléctricos.
En el Departamento de Electricidad, este proceso se lleva a cabo por medio de la
ayuda de la hoja de cálculo Excel, con la cual se agiliza de alguna manera el
proceso de cálculo, mas no se encuentra implementado de manera tal que
automatice la labor; se encuentra subutilizada tal herramienta.
En relación a lo anterior, cabría realizar la siguiente interrogante:
¿ De qué manera se pudiese dejar de subutilizar tal herramienta ?
La existencia de programación orientada a objetos, con la cual es posible
interactuar de una manera amigable con el computador, ha facilitado en muchas
ocasiones la solución de problemas; el Visual Basic y el Visual C, lenguajes que
operan en lenguaje Windows son, si se quiere, los mayormente utilizados por su
S
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D
VA
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E
S
facilidad en la implementación.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Con ayuda de estos lenguajes, es posible acceder a programas que operan
dentro del ambiente Windows como el Word, Excel, entre otros.
En función de esto, ¿Sería posible automatizar el proceso de diseño llevado a
cabo en el departamento de electricidad en la empresa Tecser Ingeniería C.A.?
¿Cuál sería el impacto en la empresa Tecser Ingeniería C.A. al automatizar su
proceso de diseño?
Para la automatización del proceso de diseño llevado a cabo por la disciplina
de electricidad en la empresa Tecser Ingeniería C.A., una herramienta que
permitiera la introducción de datos por medio de ventanas amigables, facilitaría
la generación de cálculos para el dimensionamiento de equipos involucrados en
el diseño; a la vez podría permitir la generación de documentos relacionados
con las especificaciones del mismo. De acuerdo a ello, ¿podría integrarse todo
el proceso de diseño en una herramienta que automatice tal trabajo?
Para poder desarrollar este trabajo, en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A. se
tienen que tomar en cuenta varios aspectos fundamentales, como lo son: los
análisis de carga, los cálculos, los
materiales que se necesitan, las
especificaciones técnicas de los equipos que se deseen utilizar, planos,
S
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VA
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E
S
diagramas unifilares, entre otros que podamos desarrollar con el avanzar de la
investigación.
E
R
S
HO
ECFormulación del Problema.
R
E
D
¿Será posible elaborar una herramienta para la realización de cálculos en
diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en la
empresa TECSER INGENIERÍA C.A.?
Objetivo General.
Elaborar una herramienta para la realización de cálculos en diseños eléctricos de
ingeniería básica en mediana y baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA
C.A.
Objetivos Específicos.
1. Entender el proceso involucrado en el diseño eléctrico llevado a cabo por la
Disciplina de Electricidad, para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
2. Elaborar las diferentes fórmulas involucradas en los análisis de cargas, para la
elaboración de una herramienta para la realización de cálculos en diseños
eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en la empresa TECSER
INGENIERÍA C.A.
3. Elaborar las fórmulas necesarias para el dimensionamiento de conductores
S
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S
eléctricos a utilizar, para la elaboración de una herramienta para la realización de
cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en
E
R
S
HO
la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
EC
R
E
D
4. Elaborar las diferentes fórmulas para el dimensionamiento de transformadores,
para la elaboración de una herramienta para la realización de cálculos en diseños
eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en la empresa TECSER
INGENIERÍA C.A.
5. Diseñar las diferentes hojas de cálculo con las cuales se generará los
diferentes análisis de carga, para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
6. Diseñar las diferentes hojas de cálculo con las cuales se generará la tabla de
conductores dimensionados, para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
7. Diseñar las diferentes hojas de cálculo con las cuales se dimensionarán los
transformadores necesarios, para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
8. Enlazar las anteriores hojas de cálculo con un programa en lenguaje Visual
Basic, el cual sirva de interfaz con el usuario para la introducción de datos
necesarios, para la elaboración de una herramienta para la realización de cálculos
en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en la
empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
9. Generar
automáticamente
documentos
con
información
final
del
S
O
D
A
V
R
E
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA
S C.A.
E
R
OS
H
C
E
DER Justificación del Problema.
dimensionamiento de equipos, para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
Los sistemas eléctricos desarrollados a nivel de ingeniería básica, desarrollan
un papel de suma importancia en los proyectos que actualmente se llevan a
cabo dentro de la industria petrolera. La aplicación de sistemas automatizados,
incide en un mejor desempeño de los cálculos eléctricos involucrados en la
elaboración de proyectos para la industria.
Actualmente, motivado por las diversas tareas que realiza la Disciplina de
Electricidad en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A. referente a los cálculos
eléctricos de ingeniería, necesita desarrollar un sistema automatizado que le
permita acortar tiempo en los proyectos, que influya sobre la reducción de los
costos que hoy en día son demasiados elevados, como también mantener una
mayor y mejor competitividad en el mercado.
De allí se hace necesario contar con herramientas de trabajo que permitan
automáticamente la elaboración de cálculos eléctricos para brindar un
desempeño satisfactorio en la ejecución de obras muy importantes en la
especialidad de electricidad, ya que estos trabajos son de vital importancia
para la empresa.
Este trabajo de investigación plantea realizar un sistema automatizado que
permita generar cálculos mediante la introducción de datos fundamentales para
dimensionar equipos, como también los documentos necesarios que se
S
O
D
requieran a la hora de elaborar diseños básicos de electricidad,
VA teniendo como
R
E
ES de los datos que se tienen
R
base un programa amigable paraS
la introducción
HO
C
E
para el dimensionamiento
DER de equipos, mediante la elaboración de una
herramienta asistida por computador, a través de un lenguaje de programación,
elaborado por medio del programa Visual Basic; donde los cálculos
desarrollados se podrán visualizar bajo los formatos de Excel y Word.
El resultado de esta investigación se podrá utilizar para elaboración de diseños
eléctricos en la disciplina de electricidad en una forma automática y más
rápida, que a su vez le dejará una gran aplicación a la ingeniería eléctrica en
general en la elaboración de proyectos que se asemejen con este tipo de
trabajo como también nos servirá en un futuro no muy lejano de soporte para la
cátedra de canalizaciones eléctricas.
Delimitación de la Investigación.
Esta investigación estará dirigida a la Disciplina de Electricidad de la empresa
TECSER INGENIERÍA C.A. en la ciudad de Maracaibo.
El estudio se enfocará en la rama de electricidad y programación; y se efectuará
en el periodo comprendido entre Julio de 2002 a Octubre de 2003.
EC
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S
HO
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VA
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S
MARCO TEÓRICO.
Antecedentes de la Investigación.
Criollo B. Noel A., Semprun N. Javier A., “DISEÑO DE UN PROGRAMA EN LENGUAJE DELPHI
PARA EL CÁLCULO DE LOS CONDUCTORES Y PROTECCIONES ELÉCTRICAS PARA
CARGAS DE BAJA TENSIÓN.”Trabajo Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad
de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Maracaibo 2000.
S
O
D
VApara cargas de baja tensión,
R
Delphi para el cálculo de los conductores y proteccionesE
eléctricas
S
E
R
con la finalidad de agilizar los procesos deS
cálculo.
Para ello fue necesario investigar acerca de los
HOcon el fin de obtener un mayor conocimiento sobre su
conductores y proteccionesE
eléctricas
C
R
funcionamiento, uso
y aplicación que se le puede dar a estos componentes aplicados a un conjunto
DE
Este trabajo de investigación tiene como objetivo principal diseñar un Programa en Lenguaje
de cargas eléctricas de baja tensión; luego se realizaron las consideraciones que se deben tomar
en cuenta al momento de realizar los cálculos para selección de conductores y las protecciones
eléctricas.
Al final se realizó una descripción detallada referente al funcionamiento del programa, verificando
así su buen funcionamiento.
Araque, Alejandro R. Inciarte, Freddy Y. “DISEÑO DE UN SISTEMA DE CÁLCULO PARA
CANALIZACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES PARA MOTORES”. Trabajo Especial de
Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica.
Maracaibo 2003.
Este trabajo tiene como objetivo diseñar un sistema de cálculo el cual con el avance de la
tecnología, automatiza los procedimientos para realizar canalizaciones eléctricas para motores a
nivel industrial y así evitar cualquier operación realizada manualmente. La realización del software
para las canalizaciones para motores a nivel industrial tiene como propósito agilizar el sistema de
cálculos y disminuir el tiempo de ejecución.
El sistema automatizado de cálculo, previa introducción de datos necesarios, arroja resultados
referentes a: selección de conductores por caída de tensión, capacidad de corriente, diámetro de
tuberías, circuitos de alumbrados, tomas de corrientes, protecciones; todo ello basándose en la
normativa vigente según el Código Eléctrico Nacional.
Reseña Histórica de TECSER INGENIERÍA C.A.
TECSER INGENIERÍA C.A. es una firma dedicada a la prestación de servicios de ingeniería
integral para la satisfacción de sus clientes, trabajadores y accionistas. Nace el 2 de septiembre
de 1994 con un grupo de profesionales muy destacados en el área de ingeniería, que deciden unir
sus esfuerzos en el ideal de formar una empresa privada de ingeniería que responde a la dinámica
del sector petrolero, petroquímico y de servicios públicos.
S
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VAinnovadores que les permite
R
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sólida y creciente formación, que ya goza de recursos
tecnológicos
S
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R
tener participación en cada uno de los proyectos
S ejecutados, lo que garantizan la eficiencia y
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H
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calidad en el trabajo que ofrecen.
E
DER
La empresa TECSER INGENIERÍA C.A. cuenta con personal altamente calificado que posee una
La junta directiva de TECSER INGENIERÍA C.A. está integrada por cinco profesionales
experimentados en el área de ingeniería, más específicamente en el área de la industria petrolera y
petroquímica, con amplios conocimiento en gerencia financiera, y más de 12 años de experiencia
en el desarrollo de proyectos relacionados al área de la industria petrolera. La oficina está ubicada
en la ciudad de Maracaibo, Edo. Zulia, teniendo oficinas de atención comercial en Maturín, Edo.
Monagas, Puerto La Cruz, Edo. Anzoategui y su representación en Punto Fijo Edo. Falcón.
TECSER INGENIERÍA C.A. es una empresa muy rentable que proporciona productos de calidad a
sus clientes, posee una buena imagen corporativa, y afianza cada vez su liderazgo tanto en
Occidente como en el Oriente de país en el área petrolera y petroquímica en general; necesita
mantener un status alto de confiabilidad y producción a sus trabajadores, clientes y accionistas, por
lo cual esta empresa procura la consecución de una serie de objetivos, previamente determinados
por la línea directiva y administrativa de la institución.
A continuación se mencionan los principales objetivos de la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.:
Brindar un servicio inmediato, cordial y personalizado a quienes han depositado su confianza en la
empresa.
Contar con una estructura organizativa sólida y de primera línea; es por ello que procura que sus
empleados crezcan, formen, y desarrollen su carrera dentro de la empresa para que conozcan de
manera integral la actividad de consultoría y así ofrecer un mejor servicio.
Prestar servicios de gerencia para proyectos de ingeniería, en todas las áreas.
Realizar diseños de ingeniería básica y de detalles para las instalaciones de industria petrolera,
petroquímica, carbonífera, entre otros.
Prestar, de ser necesario, un servicio de gerencia de construcción para la puesta en marcha de
proyecto realizados.
Asesorar a las empresas en el área técnica y de suministro de personal.
S
O
D
VA
R
E
S
Estudiar el ahorro de energía en los proyectos a diseñar.
E
R
S
HO
EC
R
E
Dapoyo en la implementación de sistemas de calidad.
Prestar servicio de
Realizar análisis de suplidores y sub-contratistas.
Además de todo lo antes mencionado la empresa TECSER INGENIERÍA C.A. tiene como misión
prestar un servicio de ingeniería integral, acorde con las tendencias actuales del estado del arte de
la ingeniería, en los sectores petroleros, petroquímicos, de la industria básica y de servicios
públicos.
Bases Teóricas.
Sistemas Automatizados.
Según BARRIOS, L. (1996).P.48, son aquellos donde los procesos son principalmente coordinados
y controlados mediante sistemas automáticos.
El proceso de automatización es jerárquico, con funciones específicas para cada nivel de jerarquía.
La cantidad de información necesaria y el nivel de precisión, depende del nivel de jerarquía en el
proceso de automatización. (P.48).
Automatizar los procesos, implica crear una infraestructura que permita desarrollar las operaciones
del proceso, dentro de criterios y límites establecidos, permitiendo la adquisición de datos en
tiempo real y el manejo de dicha información
involucrados.
dentro de todos los niveles supervisorios
Debe cubrir tanto el control automático del proceso como también el manejo automático de la
información.
Análisis de carga.
Según Rubinstein. (30/07/2002), el análisis de carga, son todas las cargas asociadas a el sistema
en consideración referidas a el factor de demanda que se tiene. Previamente al dimensionamiento
y a la selección de los equipos mayores, se realiza una tabla que permita visualizar de una forma
más clara todas las cargas, en donde se pueden observa la potencia, los voltajes de utilización,
S
O
D
VA
R
E
S
entre otros; esto para tener un buen conocimiento de los tipos de cargas en consideración. Se
utilizarán las definiciones siguientes:
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Datos de Carga Firme: Son los datos de carga obtenidos de la observación de las características
reales de operación de un equipo y sus ciclos de servicio.
Demanda Máxima para 8 horas: Se define como la carga promedio más alta que puede ocurrir
por un período de 8 horas.
D8hrs = ∑ Cargar Continuas +∑ Cargas Intermitentes x F.O. 8hrs
Donde F.O. es el factor de operación.
Demanda Máxima para 15 minutos: Se define como la carga promedio más alta que puede
ocurrir por un período de15 minutos.
D15min = ∑ Cargar Continuas +∑ Cargas Intermitentes x F.Coi +∑ Cargas Reservas x F.Cor
Para este caso F.Cor y F.Coi es el factor de operación para cargas de reservas e intermitentes.
Demanda Máxima Ajustada: Cuando está basada en datos de carga firme, es igual al 100 % de
la demanda máxima. Por otra parte cuando está basada en datos de carga no firmes, es igual al
120 % de la demanda máxima estimada.
Factor de Demanda: Es la relación entre la demanda máxima de un sistema, ó parte de un
sistema y la carga total conectada del sistema, ó parte del sistema, en consideración.
Carga Conectada: Es la suma de los valores nominales de cada equipo, excluyendo reservas.
Factor de Carga: Es la relación entre la carga promedio para un determinado período de tiempo y
la carga pico ocurrida durante ese período.
Los Diagramas Unifilares deben mostrar toda la información necesaria, en forma tabulada, para
mantener un registro actualizado de esta información con el objeto de realizar el análisis de cargas.
Capacidad Nominal de Placa: Es la capacidad nominal de placa del equipo conectado.
KVA de Operación Normal: Son los que aplican las cargas continúas en operación normal.
S
O
D
VA y otras similares. El valor
R
E
acondicionado, térmico eléctrico, instrumentación, válvulas
motorizadas
S
E
R
de KVA para las cargas de motores seráS
determinado calculando los KVA al freno de diseños
O
H
C
correspondientes a la condición
E normal de operación y luego multiplicándolo por el factor de
R
E
D
operación.
KVA de Operación Intermitente: Esta columna de la tabla se usará para cargas discontinuas de
motores en operación normal y para cargas que no son motores tales como: iluminación, aire
El factor de operación se calcula dividiendo el período de tiempo de operación real entre el tiempo
total correspondiente a ese período. En otras palabras, si el motor funciona solamente 4 horas
durante un período de 8 horas, tendrá un factor de operación de 0,5. Para el cálculo de factores de
operación, es usual considerar un período de tiempo de 8 horas. El valor de los KVA de operación
intermitente de sistemas no continuos de aire acondicionado, debe determinarse de la manera
antes indicada, según normas PDVSA código 90619.1.050.
Para las cargas debidas a iluminación e instrumentación, el valor de los KVA de operación
intermitente será la carga conectada y no la capacidad del transformador. Usar un factor de
demanda igual a 1,0 según C.E.N. sección 410.
Para el trazado térmico eléctrico, cuando la carga conectada a una subestación es de 100 KVA ó
menor, esta deberá multiplicarse por un factor de demanda de 0,75 para obtener el valor de KVA
de operación intermitente. Para cargas mayores de 100 KVA, se considerará cada caso
individualmente, para el cálculo del factor de demanda.
Las cargas del panel de tomacorrientes deberán multiplicarse por un factor de 0,5 para determinar
el valor de KVA de operación, intermitente. Nuevamente, se utilizará la carga del tablero y no la
capacidad del transformador. Los circuitos ramales para alimentación de tomacorrientes de uso
general se diseñarán sobre la base de una demanda de 180 VA por tomacorriente, según Normas
PDVSA código 90619.1.050.
Cargas de Reserva: Cuando un motor de reserva está conectado al mismo CCM del motor
principal, la potencia del mismo no se incluirá en el cálculo del valor de los KVA de demanda
máxima de operación del CCM. Sin embargo, cuando el motor principal no está conectado al
mismo CCM, los KVA al freno de diseño deben listarse en la columna de reserva e incluirse en el
valor de los KVA de máxima demanda de operación del CCM. Estos casos deben indicarse a fin de
que en el transformador, cuando el motor principal como el de reserva sean alimentado desde la
misma barra, la carga de reserva sea restada del valor de los KVA de demanda máxima.
Máxima Demanda de 8 Horas del CCM: Es la sumatoria de todas las cargas de operación normal
S
O
D
A
Vtodas
R
E
Máxima Demanda de 15 Minutos del CCM: Es la sumatoria
de
las cargas de operación
S
E
R
normal, intermitente y de motores de reserva.
S La razón por la cual se incluyen los motores de
O
H
C
reserva, está basada en la hipótesis
E de que estos motores podrían operar simultáneamente con los
R
E
D
motores de operación normal.
e intermitente.
Este es el caso usual cuando el motor principal y su reserva operan a intervalos iguales con el fin
de aumentar la vida del motor y ambos motores podrían operar simultáneamente durante la
operación de transferencia.
Capacidad Nominal: Es la capacidad base ó de placa del equipo conectado.
Análisis Preliminar de Cargas: Podríamos decir que los datos de potencia al freno de diseño del
listado de motores son bastante confiables. Para aquellos casos en que es necesario hacer el
dimensionamiento de equipos, antes de obtener datos confiables de potencia, se usarán para el
cálculo del valor de los KVA de demanda máxima los datos de placa en lugar de los caballos al
freno de diseño.
Transformadores de Potencia.
Es un dispositivo estático capaz de convertir energía eléctrica alterna de baja tensión en otra de
alta tensión y viceversa. Está constituido por un núcleo de material ferromagnético alrededor del
cual de hallan dos arrollamientos: a uno de ellos (primario) se envía la corriente que se desea
transformar, y en otro (secundario) se obtiene la corriente transformada. Normalmente el núcleo
está formado por varias planchas superpuestas y aisladas entre sí (con el fin de reducir las
dispersiones de energía debidas a las corrientes de Foucault).
El transformador es el elemento que se encarga de convertir los voltajes y las corrientes de un nivel
a otro. El transformador en su forma más simple en dos bobinas, primaria y secundaria
entrelazadas por el mismo circuito magnético; bien sea el transformador monofásico ó el
transformador trifásico estudiado en forma monofásica. Si se desprecian las pérdidas de potencia
en el circuito magnético y las corrientes de excitación, el transformador puede ser representado
donde la impedancia ó admitancia del bobinado secundario esté referido al bobinado primario; y los
dos bobinados estén incluidos en la impedancia Z ó en la admitancia Y.
La relación de transformación nominal es:
E
R
S
HO
EC
R
E
D
V1= Voltaje RMS en el primario.
S
O
D
VA
R
E
S
n = V1 / V2 = I2 / I1
V2= Voltaje RMS en el secundario.
I1= Corriente RMS en el primario.
I2= Corriente RMS en el secundario.
Valores Nominales.
En general, las sub-estaciones unitarias serán del tipo de doble entrada operando con el interruptor
de enlace normalmente abierto. Los transformadores tendrán valores nominales de auto–
enfriamiento (0A) 65 ºC enfriados por ventilador (FA) 65 ºC. Inicialmente, cada transformador se
dimensionará de manera tal que su clasificación 65 ºC enfriado por ventilador, sea igual ó mayor
que la demanda total máxima de la subestación (KVA), multiplicada por un factor de 1,20. Este
método de dimensionamiento provee una contingencia de 20% y asegura que la pérdida de uno ó
de los dos transformadores no cause una interrupción prolongada. Debido a que durante la fase de
diseño, es común que se añadan cargas adicionales y que estás aumenten en tamaño, el criterio
de contingencia inicial de 20% puede resultar afectado. Siempre que el incremento de cargas no
resulte en una reducción de la contingencia inicial de 20% a menos de 5%, el diseño se considera
aceptable.
En algunos casos, pueden usarse sub-estaciones de una sola entrada. Un ejemplo de estos casos
podría ser una zona ubicada lejos del sistema principal de distribución de potencia, el cual no es
esencial para la operación continúa del proceso ó de las áreas operacionales. Para esta aplicación,
el transformador se dimensionará de tal manera que su clasificación 65 ºC OA, sea igual ó mayor
que su máxima demanda (KVA) multiplicada por 1,25.
La tolerancia de 20% para el crecimiento durante el diseño, es la misma que para las subestaciones de doble terminal. Siempre que se mantenga un margen mínimo del 5% para
crecimiento futuro, el diseño se considera aceptable. Estos transformadores tendrán valores
nominales 65 ºC 0A/65 ºC FA, con la capacidad 65 ºC FA con previsiones para ventiladores futuros
solamente, todos estos requerimientos según C.E.N. sección 450 y Normas PDVSA código
90619.1.050.
S
O
D
VA
R
E
S
Normas para el Dimensionamiento de Transformadores.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Código Eléctrico Nacional Sección 450.
Transformadores y bóvedas de transformadores.
Normas PDVSA. Código 90619.1.051.
Transformadores para Sub-Estaciones unitarias.
Normas PDVSA. Código N- 201.
Obras eléctricas.
Estándar ANSI / IEEE
C 57.12. 00 Requerimientos generales para transformadores de distribución, potencia y
reguladores, tipo sumergido en líquido.
C57.12.01 Requerimientos generales para transformadores de distribución
y potencia tipo seco.
Estándar NEMA
TR Guía para cargar transformadores de potencia sumergidos en aceite
con promedio de incremento de temperatura en sus devanados de 65 °C.
Dimensionamiento de Transformadores.
Según Álvarez (15/07/2002), el dimensionamiento de cualquier elemento de potencia, no es más
que determinar el equipo apropiado que debemos utilizar; tomando como referencia un análisis de
carga que previamente fue realizado. En el caso de transformadores, todo este análisis de carga
se realizará tomando en cuenta la potencia de los equipos que deseemos utilizar y su filosofía de
operación. Una vez teniendo la potencia total de los equipos, se procede al cálculo y selección del
transformador apropiado.
Ya teniendo claro lo que es un dimensionamiento, para el caso de los transformadores, se pueden
mencionar los pasos a seguir para el cálculo de la capacidad de potencia de un transformador. Al
momento de elaborar un proyecto, en primer lugar hay que tomar en cuenta de dónde podemos
S
O
D
VA
R
E
S
alimentarnos, el cual seria el voltaje primario que deberíamos tener; luego de tener claro esto,
procederemos a revisar los análisis de carga, para saber los voltajes de utilización.
E
R
S
HO
EC
R
E
DPDVSA código 90619.1.050. Esta reserva puede ser también calculada según
450 y las Normas
Luego se calcula una capacidad de reserva que permite en un futuro aplicar cargas adicionales; en
la empresa el porcentaje de cálculo de la reserva como se sabe, es de 20% según C.E.N. sección
los requerimientos del cliente por si desea una mayor o menor capacidad. De esta forma se puede
calcular la carga total que se necesita de la siguiente manera:
Carga t = cargas (según análisis de carga) x % de reserva
Una vez obtenida la carga total, el transformador apropiado que se necesita según la capacidad
en KVA (potencia) y relación de transformación se seleccionará de los estándares del mercado;
esto es por que casi siempre los cálculos no son exactos en cuando a la potencia estandarizada.
Motores Eléctricos.
La definición de motores se facilitará si tenemos presente
los factores que regulan el par ó
potencia de giro de un motor, y de los cuales depende la velocidad. El par ó momento giratorio de
un motor, depende directamente de la intensidad del campo y de la corriente de armadura.
Mientras más fuerte sea el campo de un motor, mayor será el par ejercido por la armadura.
Mientras mayor sea la carga de un motor, mayor será la corriente que toma la armadura. La
velocidad de un motor depende directamente del voltaje aplicado en las terminales de armaduras,
pero varía inversamente con el flujo de campo, esto quiere decir, que mientras más alto sea el
voltaje aplicado en las terminales de armadura, más rápidamente operará el motor si los demás
factores son constantes, pero mientras más intenso sea el campo, más lentamente girará el motor.
Lo anterior se puede expresar como:
V
Velocidad =
Φ
V: Voltaje en los terminales de la armadura.
Φ: Flujo del campo.
La alimentación de un motor eléctrico está condicionada por las características de funcionamiento
del mismo. Se tiene que definir el tipo de alimentación, sistema monofásico ó trifásico en 120V,
208V, 240V, 480V ó más, la frecuencia, los caballos de fuerza entre otras características.
S
O
D
VA
R
E
S
Todo motor trae de fábrica en su placa rotulada según lo establece el Código Eléctrico Nacional, lo
E
R
S
HO
siguiente:
EC
R
E
D
- Nombre del fabricante.
- Tensión nominal en voltios ó intensidad nominal a plena carga en amperios.
- Frecuencia nominal y número de fases para motores de corriente alterna.
- Velocidad nominal a plena carga.
- Aumento nominal de temperatura ó clase de aislante y temperatura ambiente nominal.
- Régimen nominal de tiempo.
- Potencia nominal del motor expresada en HP.
- Letra de código para corriente alterna de potencia de más de ½ HP.
- Tensión Térmica Incorporada
- Protección por Impedancia.
- Otros.
El código de KVA / HP es la relación que indica la potencia absorbida por el motor, en el caso del
rotor bloqueado. Debido al alto valor de la corriente en el momento de arranque, en los motores
existen varios procedimientos para lograr la puesta en marcha, tal como se indica a continuación:
Arranque a Pleno Voltaje: En el cual se conecta el motor directamente a las líneas del circuito
alimentador. Este método implica un bajo costo en la instalación y mínimo mantenimiento. Si se
utiliza con cualquier motor, resulta un alto torque de arranque, lo cual el algunos casos puede ser
una ventaja ó desventaja.
Arranque con Resistencia ó Reactor: (a voltaje reducido) se intercala la resistencia interna del
motor solo en el momento de arranque.
Arranque por Autotransformador: (a voltaje reducido) se logra un valor del 50 %, 65%, y 80 %
de la tensión nominal. Este método implica un bajo costo, excelente para cargas pesadas y se
puede utilizar con cualquier motor. En cambio, resulta un arranque un poco brusco que en
ocasiones podría provocar daños al motor.
Arranque en Delta–Estrella: El proceso de arranque
comienza con las bobinas del motor
S
O
D
VA
R
E
S
conectadas en estrellas, pasando luego a delta por medio de un juego de seccionadores. Por otro
lado el torque inicial es bajo.
E
R
S
HO
EC
R
E
Den los primeros momentos no se logre la velocidad nominal.
puede resultar que
Arranque Fraccionado: El motor se pone en marcha con parte del embobinado conectado, y
luego se conecta el resto para una operación normal; cuando se parte con toda la carga aplicada,
Tipos de Motores de C.A.
Los motores para circuitos de corriente alterna pueden ser Monofásicos ó Polifásicos (dos ó tres
fases) los cuales se dividen en dos tipos, los Síncronos y los Asíncronos, también llamados
motores de inducción.
Motores Síncronos: Son de construcción similar a un generador de C.A. requieren una fuente de
corriente continua para excitar sus campos y por lo general, no arrancan por sí mismos.
Debe contarse con algún medio para llevarlos a la velocidad del sincronismo con la fuente de
alimentación, antes de que puedan conectarse a las barras colectoras y entonces operan en
paralelo con el generador de C.A. a la velocidad perfectamente constante. Si debido a exceso de
carga, su velocidad se reduce a un pequeño porcentaje
respecto a la norma, salen del
sincronismo deteniéndose.
Estás maquinas solo pueden hacerse operar a ciertas velocidades definidas, dependiendo de la
frecuencia de la alimentación y del número de pares de polos que tienen:
Frecuencia * 60
Velocidad en r.p.m. =
Número de pares de polos
Debido a la dificultad de arranque y a la necesidad de una fuente de C.C. para la excitación este
tipo de motor de C.A. se usa poco en aplicaciones ordinarias. Su uso generalmente se tiene en
subestaciones ordinarias donde se emplean en grupo motor-generador.
Motores Polifásicos de Inducción (motores asíncronos): Un motor de inducción de dos ó tres
fases, consiste de grupos de devanados montados sobre el yugo de la maquina, que se llama
estator. A estos devanados fijos se le conectan los terminales de alimentación. La corriente alterna
suministrada así a los devanados del estator, produce un campo rotatorio alrededor de los polos de
estos devanados.
S
O
D
RVA
E
cuyas ranuras se encuentran colocados conductoresS
que
constituyen el devanado del rotor. El
E
R
campo rotatorio producido por los devanados
fijos del estator corta a los conductores del rotor
S
HO
C
produciendo un f.e.m.s. en ellos
y resultados magnéticos del flujo, que hacen que el rotor tienda a
E
ER
seguir al campoD
rotatorio de los devanados del estator. El rotor se mueve prácticamente con la
La parte de un motor que se mueve se llama rotor. Consiste en núcleo de hierro ranulado, en
misma rapidez que el campo. La pequeña diferencia entre las dos velocidades se conoce como
“deslizamiento” y generalmente no va más allá del 3 al 5% de la velocidad del campo rotatorio.
La velocidad del motor en r.p.m.:
Frecuencia de alimentación * 60
Velocidad del rotor en r.p.m. =
Número de pares de polos
Entre los motores de inducción que más se utilizan, y que en el estudio de esta investigación se
van a utilizar son los llamados motores Jaula de Ardilla.
Este tipo de motor, consiste de un núcleo ranulado con barras de cobre como conductores. Estas
barras de cobre, asiladas ligeramente del núcleo, se conectan en corto circuito en sus extremos,
remachándolas ó soldándolas a anillos de cobre. Estas barras no están conectadas a algún circuito
exterior, conmutador ó anillos rozantes. Por esta razón este tipo de motor es más simple y eficaz,
estando notablemente libre de fallas, como las que se encuentran en los motores de conmutador.
Este tipo de motor, sin embargo, es de velocidad prácticamente constante, por lo que cuando se
requiere variación de velocidad, debe usarse un motor de anillos rozantes ó de rotor devanado. El
motor de anillos rozantes, tiene devanados de fase en el rotor, produciendo el mismo número de
polos que los devanados del estator; los terminales del rotor se llevan a anillos rozantes para poder
insertar resistencias en el circuito del rotor.
Requerimientos de Funcionamiento de Motores.
Los motores serán capaces de arrancar a plena tensión, acelerar a la velocidad nominal y operar el
equipo a ser impulsado, en todas las condiciones de servicio aquí especificadas.
En general, esto se cumplirá para los motores de inducción trifásicos jaula de ardilla, según diseño
B de NEMA para los motores incluidos en la Sección II de NEMA MG–1 y según diseño
S
O
D
VA
R
E
S
NEMA MG–1–20–42, para los motores incluidos en la Sección III de dicha norma.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Motores Eléctricos.
Norma PDVSA Código NB – 212.
(A.P.I.) en especial la A.P.I. R.P 541 “Recommended Practice”.
Código Eléctrico Nacional sección 430.
Motores, circuitos y controles de motores.
Dimensionamiento de Motores Eléctricos en Baja Tensión.
Según Rubinstein (20/07/02), el dimensionamiento de Motores Eléctricos se realiza de acuerdo a
la potencia que requiere el elemento que se va accionar. En la realización de cualquier proyecto de
ingeniería en general, cada disciplina tiene una tarea que cumplir. En el caso de la disciplina de
electricidad, por ejemplo, se encarga de los diseños eléctricos, que en este caso se refieren al
dimensionamiento de motores. Para ello, las disciplina de Mecánica debe proporcional los BHP (
Potencia requerida por el elemento a ser accionado) del equipo que requiere ser accionado por un
motor eléctrico. Con este dato se procede al cálculo de los HP que corresponde a la fuerza a ser
entregada por el motor. Se toman en consideración las pérdidas del acople entre el motor y el
elemento accionado, que para motores de 25 HP es de 125%, para motores que están entre 30 HP
y 75 HP es de 115% y para motores de más de 100 HP es de 110% según normas PDVSA código
GA-201. Una vez obtenida toda esta información, los HP se proceden a calcular de la siguiente
manera:
HP = BHP * Factor de Cálculo.
Además de los HP y los BHP, se tienen otros factores importantes referentes al motor como lo son:
el Factor de Potencia del Motor, la Eficiencia del Motor, el Factor de Carga (relación entre demanda
promedio del equipo), las cargas de operación que viene expresada en KVA, entre otros datos que
nos suministrara la placa del equipo.
Hojas de Datos de Motores.
Dentro de las informaciones referentes a las especificaciones de los motores tenemos:
S
O
D
VA
R
E
S
Los motores cumplirán con los requerimientos de las Hojas de Datos de Motores que se
encuentran en los Apéndices.
E
R
S
HO
a. País de origen y normas aplicables.
EC
R
E
D
b. Devanado en estrella ó delta.
c. Clase de aislamiento y su tratamiento.
d. Cojinetes: marca, tipo y tamaño, método de lubricación.
e. Si existe algún dispositivo para drenaje ó un calentador adaptado ó se
garantiza que no habrán problemas debido a condensación.
f. Planos y esquemas preliminares.
Después de la compra, el fabricante suministra hojas certificadas para cada motor ó grupo de
motores idénticos en potencia, velocidad y diseño; según sea el caso nombrado a continuación:
a. Las hojas estarán identificadas por el número de la etiqueta del equipo e incluirán el peso del motor,
corrientes a plena carga y de rotor bloqueado, datos del calentador de espacio y cualquier otra información
necesaria.
b. Para motores de más de 200 HP, también suministrará Hojas de Datos del Motor certificadas.
Conductores Eléctricos.
Según Penissi, O., (1987) P.63., Se define como conductor al material metálico, usualmente en
forma de alambre ó cable, adecuado para el transporte de corriente eléctrica. En casos especiales
el conductor puede tener forma de hilo, varillas, platinas, tubos ó barras. De acuerdo a los
componentes del material de su aleación, el conductor tendrá una conductividad que lo caracteriza,
los más importantes son platinos, plata, cobre, aluminio, hierro, entre otros. Tomando como base la
plata, la conductividad relativa en otros materiales es la siguiente:
Plata:
100%
Cobre:
94%
Aluminio: 57%
Hierro:
16%
Conductores de Cobre y Aluminio.
S
O
D
Aespecial para industrias de
Los más utilizados y de mayor importancia en ingeniería eléctricaV
y en
R
E
Sestá la plata, el platino o el acero. Con
ramo, es el cobre y el aluminio. Para usos especiales
E
R
OunScosto de producción más bajos que los otros y el
respecto al cobre y el aluminio, H
tienen
C
E
comportamiento desde
DEelRpunto de vista eléctrico es excelente; por ellos se usan preferentemente
en instalaciones eléctricas y equipos en general.
Conforme a sus características y propiedades poseen las áreas de utilización bien definidas.
Desde el punto vista económico se debe destacar que el cobre no se produce en Venezuela en
cantidad suficiente, debiéndose importar desde otros países, variando su costo según el precio en
el mercado internacional. El aluminio como es del conocimiento general, se produce en el país y en
los últimos tiempos la producción del mismo ha ido incrementándose. Por tal motivo en Venezuela
el aluminio resulta más económico que el cobre entre otras razones.
Se puede describir que el cobre es dos veces más pesado que el aluminio, teniendo el aluminio
una resistividad 1,65 veces mayor que el cobre. El volumen del aluminio es mayor y en ciertos
casos habría que tomarlo como desfavorable; debido a que muchas partes de equipos eléctricos
son de cobre y es necesario un empalme cobre-aluminio y se hacen conductores especiales. Sin
embargo el conductor de aluminio de igual capacidad de corriente ó del mismo orden que la del
cobre, posee mejores características de cortocircuito que su equivalente en cobre.
Características de Conductores Eléctricos.
Un conductor puede estar formado por uno ó varios hilos, siendo unifilar ó multifilar, cableado ó
trenzado. Cuando el conductor es cableado puede ser normal, flexible ó extra flexible, de acuerdo
al grado de flexibilidad que se le da al número de hilos delgados que los componen. En la medida
que aumenta en número mejora esta propiedad. Los cables flexibles son empleados en equipos
portátiles.
El cableado puede ser en forma concéntrica, circular, compactado, comprimido sectorial ó anular,
según se halla procesado el paquete de hilos para fines específicos.
Conductores desnudos.
Conforme a la necesidad, un conductor eléctrico podrá estár al aire montado sobre soportes
aislados de vidrio ó porcelana, en redes areas, en linea ó redes de distribuciòn, ó líneas de alta, ó
S
O
D
VA de distribucion industrial,
R
E
también se utilizan para la puesta a tierra, para barras
en
sistemas
S
E
R
también en tableros suspendidos por S
aisladores y para aterramiento de transformadores,
O
H
C
pararrayos ó el nuetro de una
Ered de distribución.
DER
muy alta tensión. Para el caso de redes subterráneas, ó bien canalizaciones eléctricas
residenciales, comerciales ó industriales se emplean conductores aislados. Los conductores
Conductores aislados.
Cuando un grupo de conductores va dentro de una canalización, deben estar aislados, para
mantenerlos fuera de contactos entre sí, con tierra ó estructuras.
Todo conductor estará aislado cuando se recubra con una capa aislante cuya conductividad
eléctrica es nula ó muy pequeña. El aislante y el componente metálico de un conductor deben ser
elaborados de tal forma que resistan los agentes externos, como son los agentes mecánicos,
agentes químicos y agentes eléctricos.
Para uso residencial se emplean conductores de baja tensión para 600 V; en canalizaciones
eléctricas de iluminación y fuerza, los aislantes más utilizados son TW, THW, y TTU. El TW es
termoplástico resistente a la humedad, para uso general. El THW termoplástico resistente a la
humedad, retardante a la llama, especial para motores, y el TTU polietileno-PCV se utiliza para
acometidas residenciales y redes subterráneas, temperatura de trabajo de 75º C. Se puede
comprobar fácilmente que a medida que aumenta el número de conductores en el ducto aumenta
también la temperatura, por consiguiente, para no sobrepasar la especificación del fabricante se
aplican factores de corrección. Para ilustrar el procedimiento a seguir se tiene: un conductor con
aislante TW Calibre N° 6 para una temperatura de régimen de 60º C, y capacidad de corriente de
55 Amperios, si ese conductor se utiliza en un ambiente donde la temperatura es de 45ºC el factor
de corrección resulta: Ft = 0,71 según C.E.N sección 310. La corriente que debe soportar el
conductor es de:
Icond = 55 * 0,71 = 39,05 AMP.
Dimensionamiento de Conductores en Baja Tensión.
Cuando se dimensiona un conductor, se toman en cuenta algunas reglas generales en la selección
del calibre de los conductores para circuitos de potencia e iluminación. Para calcular la corriente
que se requiere del conductor que deseamos, tomamos en cuenta la capacidad nominal del
equipo, como las corrientes de carga, partiendo del análisis de carga, la reserva que generalmente
se deja para cargas futuras, y se determina de la siguiente manera:
Icond =
S
O
D
VA
R
Icarga * % deE
reserva
S
E
R
S
O
CH
E
R
DE
En caso contrario se utiliza simplemente la ley de ohm, donde:
P= V * I »
I = P / V ; Para cargas Monofásicas.
I = P / √ 3 * V ; Para cargas Trifásicas.
El tipo de conductor utilizado en cada proyecto cumple con las especificaciones del proyecto y los
criterios de Diseño Eléctrico. El calibre del conductor seleccionado para cada circuito eléctrico
depende de la corriente, caída de tensión, calentamiento de circuitos agrupados, capacidad de
corto circuito y temperatura ambiente, donde tomando en cuenta la corriente nominal del
conductor, sabiendo todo lo antes mencionado podemos determinar el cálculo del calibre del
conductor por capacidad de corriente:
I (Nominal)
Icond =
Factor por Temp. * Factor para no cargar el conductor más
del 80 % de su capacidad.
Luego se calcula del calibre del conductor por caída de tensión, en el caso ser monofásicos,
tomando en cuenta la siguiente fórmula:
KVA * L ( r * cos θ + x * sen θ )
%∆V =
2
5 * (KV)
Donde r y x: son la resistencia y reactancia del conductor, por unidad de longitud respectivamente.
Cos θ: Factor de potencia.
KVA: Potencia.
L: Longitud del conductor.
KV: Voltaje normal de operación.
Y si las cargas son trifásicas, la fórmula por caída de tensión es la siguiente:
KVA * L ( r *cos θ + x * sen θ )
%∆V =
2
10 * ( KV )
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
O determinan
procesos
H
Las reglas del Código Eléctrico Nacional rigen el tamaño mínimo del conductor según la carga
EC
R
E
D
conectada. Los ingenieros de
intermitentes.
cuáles son continúas y cuáles son
Para alimentadores de potencia, según C.E.N. sección 310 y Normas PDVSA 90619.1.082 y
90619.1.057, el 25% de reserva para capacidad futura es generalmente suficiente. Para
transformadores de iluminación y alimentadores del tablero para iluminación, se dimensiona para la
capacidad real de la unidad conectada. Para alimentadores de motores individuales, usar un
mínimo de 125% de la corriente nominal a plena carga.
Siempre se revisará la caída de tensión para cada uno de los circuitos.
Generalmente en tramos cortos, por ejemplo 75 m. (250 ft.) ó menos, el calibre del Código será
suficiente. Pero en tramos mayores a 75 mts. (250 ft.), puede ser necesario un tamaño mayor para
mantener la caída de tensión dentro de los límites permisibles. Utilizar un factor de potencia
asumido, para la revisión.
Calibre según el Código Eléctrico Nacional o las Normas que se rigen.
Conociendo la corriente, seleccionar el calibre del conductor según:
Código Eléctrico Nacional.
Tablas 310–16 hasta la 310–50.
Normas PDVSA Código N-201
Obras eléctricas
Normas PDVSA Código N- 241
Instalación de Conductores
Normas PDVSA Código 90619.1.082
Calibre de los Conductores para potencia e iluminación
Normas PDVSA Código 90619.1.057
Selección de Cables.
Alcance.
S
O
D
Planos Eléctricos.
VA
R
E
S
E
R
OS
CH
E
R
DE
La intención es generar documentos de forma automática que permita un procedimiento
normalizado para producir documentos y planos que muestren gráficamente un diseño conciso y
que puedan ser utilizados para instalación y cómputo de materiales.
El diseñador debe leer cuidadosamente la especificación y los documentos que apliquen antes de
comenzar la preparación de los planos eléctricos.
Programación.
El programa de ejecución del diseño eléctrico depende de los requerimientos específicos del
proyecto. Estos requerimientos deben ser analizados a fin de determinar las partes del diseño
eléctrico que deben ser emitidas con anticipación en la etapa de diseño del proyecto, así como
información, documentos y planos que son requeridos por otras secciones de ingeniería y diseño
para planificar y ejecutar su trabajo. Para lograr este objetivo, el diseñador debe revisar y hacer un
seguimiento periódico del Índice de Control de Planos (ICP), que refleja la fechas programadas de
inicio, finalización, y donde sea aplicable las fechas de emisiones parciales, de los planos de
diseño eléctrico. Aún cuando el “ICP”, indica solamente las fechas de emisión de planos, este se
va desarrollando de acuerdo al Plan Maestro del Proyecto, el cual toma en consideración los
requerimientos de programación de otras secciones de diseño, ingeniería y construcción. Se anexa
una copia típica del índice de control de planos (ICP).
Paquetes de Planos de Diseño Eléctrico.
Los planos que conforman el paquete, están divididos en las siguientes categorías básicas de
planos:
- Iluminación.
- Canalizaciones Eléctricas.
- Puesta a tierra.
S
O
D
VA tales como: instalaciones
Cada categoría básica de planos debe ser dividida en subcategorías
R
E
S de los requerimientos específicos del
E
subterráneas, construcción temporal, y otros; dependiendo
R
OS
H
proyecto. En general, cada categoría
ó subcategoría consiste de los tipos de planos tales como
C
EREdiagramas de cableado, entre otros. El objeto de cada plano es
plantas, detalles,D
inventarios,
- Esquemáticos de Control.
suministrar al constructor la información requerida para construir el diseño mostrado y permitir el
cómputo del material requerido para dicho diseño. El diseñador hará lo posible para minimizar la
cantidad de planos, pero sin afectar el objetivo. En proyectos pequeños y cuando sea práctico, se
debe tratar de combinar lógicamente varias categorías y tipos de dibujos en un plano.
Planos de Planta.
Se prepararán los planos de ubicación de los equipos principales interiores y exteriores, que
muestren la posición de dichos equipos y las dimensiones de los espacios libres y pasadizos.
Planos Base.
La sección de diseño del proyecto suministrará copias de los planos base, para los planos
eléctricos de planta. Los planos de planta se harán manualmente, trazando los puntos importantes
del plano “Aprobado para Diseño” (APD), eliminando ciertas partes de información, para dar mayor
claridad en la presentación. Si el diseñador sabe con anticipación que ciertos planos van a estar
bastante congestionados de diseño eléctrico, él debe preparar un detalle a mayor escala del área
específica.
Diseño.
El diseñador recabará las porciones importantes de los Códigos Eléctricos aplicables antes de
comenzar la labor de diseño.
Presentación.
La idea de elaborar el plano de disposición, es describir la ubicación e identificar la variedad de
equipos y componentes que constituyen el sistema eléctrico, representar e identificar
canalizaciones eléctricas y cables. Se incluye una leyenda que explique los símbolos que
representan los componentes y donde sea requerido, referirse al detalle de instalación
S
O
D
A
V
R
E
cubiertas en la especificación o relacionadas con la ingeniería
o
criterios
de diseño, no deben ser
S
E
R
incluidas. El diseñador tendrá sumo cuidado
S en coordinar el diseño, utilizando referencias claras
O
H
C
para la continuación de tramos
E de un plano a otro, detalles, notas, líneas de coincidencia, y otros.
DER
correspondiente, cubierto por el símbolo. Si es necesario, se incluirán notas explicativas
apropiadas que puedan aclarar requerimientos específicos de la instalación; sin embargo, las notas
Detalles.
Los detalles deberán ser presentados de forma tal que junto con el plano de ubicación en el campo
se conozca exactamente en qué consiste la instalación y el material a utilizar. El diseñador
analizará cuidadosamente los requerimientos del proyecto específico y suministrará sólo detalles
de aquellos elementos que no puedan mostrarse claramente en el(los) plano(s) de ubicación. El
diseñador revisará las normas de la empresa y seleccionará los detalles aplicables en el proyecto.
Muchas de las normas pueden ser guardadas en los archivos de gráficos por computadora. Donde
sea aplicable, estos deben usarse para crear una “primera emisión” del plano, que puede ser
modificada posteriormente, ajustándose a los requerimientos específicos del proyecto. Los detalles
requeridos que no estén en los archivos de los gráficos por computadora, deben hacerse
manualmente usando una presentación en línea sencilla. Los isométricos, detalles y figuras
elaboradas deben evitarse a menos que ya estén guardados en los archivos de gráficos por
computadora. Los detalles deben ser preferiblemente identificados de acuerdo al sistema
numerado.
Diagramas Esquemáticos y de Cableado.
El propósito de un diagrama esquemático elemental es identificar los diferentes componentes
eléctricos de un sistema de control o instrumentación, de forma tal que la operación del circuito sea
claramente entendida y suministrar la información de cableado requerida en el campo para la
instalación. Usualmente se incluyen las conexiones terminales. En general, los sistemas de
naturaleza simple tales como conexiones para accesorios de iluminación, termocuplas, entre otros,
no requieren diagramas esquemáticos. Los diagramas de cableado se suministrarán para aquellos
sistemas cuya instalación, utilizando solo los diagramas esquemáticos y planos de ubicación, sería
muy complicada. El diseñador debe utilizar esquemas estándar donde sea posible. Si estos
estándares no son aplicables, se prepararán croquis utilizando los símbolos estándar. Estos
croquis serán utilizados por la sección de gráficos por computación para preparar el diagrama
esquemático.
Cómputos de Materiales.
S
O
D
VAel material y no hubiese otra
R
E
cómputo de materiales a menos que el campo este comprando
todo
S
E
R
razón para hacer un cómputo.
OS
H
C
E
R
E
D
En general, algunos renglones tales como cables y accesorios, incluirán un porcentaje de
Cuando los planos de ubicación son emitidos y Aprobados para Construcción (APC), se hace un
contingencia. Para este porcentaje, se consultarán los procedimientos de ingeniería, según el área
específica de diseño; por ejemplo, potencia, puesta a tierra, iluminación, instrumentación, y otros.
Diagramas Unifilares.
Un diagrama unifilar es otra forma de representar a un sistema de potencia, mostrando sus
componentes más esenciales en una forma más simplificada. La importancia de estos
componentes esta de acuerdo al problema que se desee resolver. De está manera una línea de
transmisión se representa con una simple línea, excluyendo la conexión de neutro. Los
transformadores se representan por un transformador de dos bobinas, indicando de ser necesario
el tipo de conexión, los interruptores y las carga se representan por rectángulos, identificados en
cada caso, entre otros que podemos utilizar con el tipo de diseño que se tenga.
Los diagramas unifilares cubren los circuitos de potencia y excitación incluyendo medición y
protección. Los diagramas incluyen la siguiente información:
a. Los valores nominales de los equipos mayores que se indican a continuación:
- Generadores V, KW, FP, Xd, Xd’, Xd”; Transformadores de potencia KVA (OA/FA), V, Gama de
las tomas, Impedancia, BIL.; Interruptores automáticos Amperios continuos, MVA ó KA de
interrupción, KA momentáneo.
- Barras Amperios continuos, KA momentáneo (Especificar sí se usan valores simétricos o
asimétricos). Pararrayos KV de operación, Elementos de puesta a tierra del neutro Amperios
(Límite), Transformadores de Potencial Relación de Transformación, Transformadores de Corriente
Relación de Transformación, Cable para alimentación de Transformadores de Potencia y Sistemas
de Distribución, Calibre y tipo.
b. Cantidad y conexiones de transformadores de corriente y potencial.
S
O
D
c. Conexiones de los transformadores de potencia (estrella ó delta),
VAforma de puesta a tierra del
R
E
S
neutro.
E
R
S
O
H
C
d. Descripción de losR
relés
E incluyendo modelo, fabricante, características de tiempo, gama y
E
D
cantidad de elementos.
e. Se usarán líneas punteadas para asociar los relés principales con los relés auxiliares ó
dispositivos primarios en los que actúan, utilizando flechas al final de estás líneas para indicar los
dispositivos operados. Se llevará también una tabla para asociar los relés principales con los
auxiliares ó con dispositivos primarios.
f.
Niveles máximos y mínimos de corto circuito que se utilizan como base de diseño.
g. Identificación y tamaño de las cargas individuales conectadas a cada interruptor de potencia,
centro de control de motores y barra de distribución.
h. Número de etapa de reaceleración para cada motor provisto de control
automático de reaceleración.
Normas y Referencias.
La última edición de los códigos y especificaciones listados a continuación, constituirán los
requerimientos mínimos.
Esta especificación, además, requiere el cumplimiento de los códigos, normas y regulaciones
venezolanas.
-
Comité Venezolano de Normas Industriales (COVENIN).
Código Eléctrico Nacional, COVENIN 200.
Código Nacional de Seguridad en Instalaciones de Suministro
de energía Eléctrica y de Comunicaciones, COVENIN 734.
-
Instituto Nacional Americano de Normas (ANSI).
Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos (IEEE).
Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA).
Asociación de Ingenieros de Cables Revestidos (ICEA).
S
O
D
Asociación Nacional de Protección Contra Incendios (NFPA).
VA
R
E
S
Las normas IEC se utilizarán cuando R
no E
aplique ninguna de las normas
OS
H
Normas PDVSA.
C
E
DER
Instituto Americano de Petróleo (API).
anteriores.
Definición de Términos Básicos.
AMP: Amperios.
AWG: American Wire Gauge, Sistema de Calibres Americanos.
Cable: Conjunto formado por uno o varios hilos conductores reunidos con o
sin descubrimientos protectores. (Penissi Oswaldo 1993) P.46.
CEN: Código Eléctrico Nacional.
Circuito Eléctrico: Conjunto de materiales eléctricos de una instalación,
alimentados a partir de un mismo origen y protegidos contra sobre
intensidades por un mismo o varios dispositivos de protección.
Conductor: Es todo material capaz de conducir corriente eléctrica.
Conductor a tierra: Conductor de protección que une al borne o barra
S
O
D
VA
R
E
S
principal de tierra a la toma de tierra.
E
R
S
HO
Conductor Activo: Son los conductores destinados a transportar la energía
EC
R
E
D
eléctrica. Esta aceptación se aplica tanto en los conductores de fase como el
conductor de neutro.
Conductor de Fase: Es el conductor que transporta la energía eléctrica y está
en tensión respecto a tierra.
Conductor de Protección: Conductor requerido en ciertas medidas de
protección contra choques eléctricos y que conecta alguna de las siguientes
partes: masa, elementos conductores, borne principal de tierra, toma de tierra y
punto de la fuente de alimentación unida a tierra o a un neutro artificial.
Conductor Neutro: Conductor conectado al punto neutro de una red.
Corriente: Aceptación vulgar con la que se conoce la electricidad ó, más
concretamente la intensidad eléctrica.
Corriente admisible de un conductor: Valor máximo de la corriente que
puede recorrer permanentemente por un conductor en condiciones específicas,
sin que su temperatura de régimen permanente sea superior al valor
especificado. (Penissi Oswaldo 1993) P.90.
S
O
D
Corriente Alterna: Es aquella en la que los electrones
VAcambian directamente
R
E
S
E
R
de
sentido.
OS
H
C
E
DER
Corriente Continua: Es aquella en la que los electrones circulan siempre en
el mismo sentido.
Corriente de Cortocircuito: Sobre intensidad producida por un fallo de
impedancia despreciable entre dos conductores activos que presentan una
diferencia de potencial en un servicio normal. (Enríquez Gilberto 1996).P.335.
Corriente de sobrecarga: Sobre intensidad que se produce en un circuito en
ausencia de una falla eléctrica.
Cortocircuito: Unión voluntaria o accidental de dos puntos a distintos
potencial.
CCM: Centro de Control de Motores.
Demanda: Es la carga en KVA o KW que se utiliza durante un determinado
periodo de tiempo.
Energía: Capacidad que tiene la electricidad para producir trabajo.
Frecuencia: Concepto ligado a la corriente alterna que refleja el número de
veces que la corriente cambia de sentido o vibra (ciclo) por segundos.
S
O
D
Ase utiliza para medir
Kilovatio – Hora: Es la unidad de energía eléctrica
Vque
R
E
S
E
R
el consumo
(KWH).
OS
H
C
E
DER
Kilovatio: Unidad de potencia que equivale a mil vatios (KW).
KV: Kilovoltio.
KVA: Kilovoltio amperio.
KW: Kilo Vatio.
MCM: Mil circular mils.
Motor: Equipo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica.
MW: Mega Vatios.
Ohmios: Unidad de medida de la resistencia eléctrica.
Potencia: En los aparatos eléctricos se define como la capacidad de los
mismos para producir un trabajo.
Resistencia eléctrica: Es la mayor o menor oposición que ofrece un
conductor al ser atravesado por una corriente eléctrica.
S
O
D
de la corriente eléctrica.
VA
R
E
S
E
R
S
CHO
Resistividad: Característica intrínseca de los materiales que se oponen al paso
E
DERR.P.M.: Revoluciones por minuto.
Sobrecarga: Se dice que en un circuito o instalación hay sobrecarga o está
sobrecargada cuando la suma de la potencia de los aparatos que están a él
conectado es superior a la potencia para la cual está diseñado el circuito o la
instalación.
Temperatura ambiente: Temperatura del aire u otro medio donde el material
vaya a ser utilizado.
Tensión: Diferencia de potencial necesaria que tiene que existir entre los
bornes de conexión, o entre dos partes activas de una instalación, para que la
corriente eléctrica circule por dicha instalación.
Tensión nominal: Tensión que designa a una instalación o parte de la misma.
Tensión nominal de un conductor: Tensión a la que el conductor debe poder
funcionar permanentemente en condiciones normales de servicio.
THW / THHN: Termoplástico resistente al calor y a la humedad.
TW: Termoplástico resistente a la humedad.
S
O
D
VA
R
E
S
V: Voltio.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
VA: Voltio Amperio.
Vatio: Unidad de potencia. Se define como la potencia que tiene que tener
un aparato para que, al estar funcionando una hora, consume un vatio hora de
energía o produzca un trabajo de un vatio hora.
Voltio: Unidad de tensión eléctrica. Se define como la diferencia de
potencial que debe existir entre los extremos de una resistencia de un ohmio,
para que circule por ella una corriente de un amperio de intensidad.
W: Vatio.
MARCO METODOLÓGICO.
Tipo de Investigación Descriptiva.
Esta investigación comprende la descripción, registro, análisis, e interpretación de
cada uno de los elementos, procesos y fenómenos involucrados en la elaboración
de una herramienta para la realización de cálculos en diseños eléctricos de
ingeniería básica en mediana y baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA
S
O
D
A
V
R
E
Es así como este estudio está dirigido aE
losSdiversos aspectos, dimensiones ó
R
componentes del fenómeno óH
fenómenos
OS a investigar, por lo tanto la investigación
C
E
es descriptiva,D
yE
es R
necesario hacer notar que los estudios descriptivos miden de
C.A.
manera mas bien independiente de los conceptos ó variables con los que tiene
que ver. Hernandez Sampieri, R. (1991) pag. 60.
La investigación descriptiva trabaja sobre la realidad de los hechos, y su
característica fundamental es la de presentar una interpretación concreta de los
mismos.
Diseño de Investigación de Campo.
Los diseños de investigación de campo son los que se refieren a los métodos a
emplear cuando los datos de interés se recogen en forma directa de la realidad,
mediante el trabajo completo del investigador; estos datos, obtenidos directamente
de la experiencia del investigador, se denominan primarios (observación directa);
cuando los datos a emplear ya han sido recolectados en otras investigaciones y
son conocidos por los informes correspondientes, nos referimos a datos
secundarios (observación indirecta). Sabino Carlos. (1992) pag. 89.
Técnicas de Recolección de Datos.
La gran variedad de técnicas que se utilizan en la práctica pueden reducirse, para
fines pedagógicos, a algunos tipos estandarizados de diseño que se utilizan con
mayor frecuencia. Se tratan de tipos puros y abstractos, por lo general se
combinan de acuerdo a las características de cada trabajo específico. Sabino
Carlos. (1992) pag. 94.
Las técnicas de recolección de datos, son los recursos utilizados para facilitar la
recolección y análisis de los hechos observados. Risquez, Gabriela. (1999) pag
S
O
D
VA
R
E
S
56.
E
R
S
HO
Observación Directa.
EC
R
E
D
Es aquella técnica en la cual el investigador puede observar y recoger datos
mediante su propia observación, apoyado en sus sentidos. Risquez, Gabriela.
(1999) pag 56.
La observación directa proporciona datos de primera mano, originales, producto
de la investigación en curso sin interpretación de ninguna naturaleza. La
observación directa es de innegable valor, ya que el investigador puede
cerciorarse de las verdaderas condiciones en que se han conseguido sus datos,
haciendo posible su revisión o modificación en caso de que surjan dudas respecto
a su calidad. Esto en general, garantiza un mayor nivel de confianza para el
conjunto de la información obtenida. Sabino Carlos. (1992) pag. 94.
Observación Indirecta.
Es aquella técnica que se utiliza para obtener testimonios orales o escritos por
parte de personas que han tenido contacto directo con la muestra. Risquez,
Gabriela. (1999) pag 56.
Los datos recolectados mediante la observación indirecta son conocidos mediante
informes que llegan elaborados y procesados de acuerdo con los fines de quienes
inicialmente los obtuvieron y manipularon. Sabino Carlos. (1992) pag. 89.
S
O
D
A
V
R
E
Para resolver el problema planteado como E
lo es
Sla elaboración de una herramienta
R
para la realización de diseños
eléctricos
OS de ingeniería básica en mediana y baja
H
C
tensión en la D
empresa
ERETECSER INGENIERÍA C.A. se ha dividido el mismo en
Fases Metodológicas.
varias fases como se indican a continuación:
Fase I: Entender el proceso involucrado en el diseño eléctrico llevado a cabo por
la Disciplina de Electricidad, para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Fase II: Elaborar las diferentes fórmulas involucradas en los análisis de carga,
para la elaboración de una herramienta para la realización de cálculos en diseños
eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en la empresa TECSER
INGENIERÍA C.A.
Fase III: Elaborar las fórmulas necesarias para el dimensionamiento de
conductores eléctricos a utilizar para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Fase IV: Elaborar las diferentes fórmulas para el dimensionamiento de
transformadores, para la elaboración de una herramienta para la realización de
cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en
la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Fase V: Diseñar las diferentes hojas de cálculo con las cuales se generarán los
diferentes análisis de carga, para la elaboración de una herramienta para la
S
O
D
VA
R
E
S
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
E
R
S
Fase VI: Diseñar las diferentes
HOhojas de cálculo con las cuales se generará la
C
E
tabla de conductores
DERdimensionados, para la elaboración de una herramienta para
la realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Fase VII: Diseñar las diferentes hojas de cálculo con las cuales se dimensionarán
los transformadores necesarios, para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Fase VIII: Enlazar las anteriores hojas de cálculo con un programa en lenguaje
Visual Basic, el cual sirva de interfaz con el usuario para la introducción de datos
necesarios, para la elaboración de una herramienta para la realización de cálculos
en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en la
empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Fase IX: Generar automáticamente documentos con información final del
dimensionamiento de equipos, para la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
ANÁLISIS DE RESULTADOS.
En este capítulo se exponen los objetivos del diseño y las fases requeridas para
la elaboración de una herramienta asistida por computador para la realización
de cálculos en diseños eléctricos de Ingeniería básica.
Objetivos Alcanzados.
Fase I: Entender el proceso involucrado en el diseño eléctrico llevado a cabo por
S
O
D
RVA básica en mediana y
realización de cálculos en diseños eléctricosS
deEingeniería
E C.A.
R
S
baja tensión en la empresa TECSER
INGENIERÍA
HO
C
E
DER
la Disciplina de Electricidad, para lograr la elaboración de una herramienta para la
Para llevar a cabo un diseño eléctrico en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.,
se deben tomar varios aspectos fundamentales que permitan un óptimo
desempeño en lo que se desea poner en funcionamiento, como lo son los equipos
dimensionados y los ya existentes.
Primero se necesita recolectar toda la información necesaria acerca del proyecto
que se desea realizar; para poder recolectar toda esta información se realiza un
levantamiento de campo, que no es mas que trasladarse al sitio donde se va a
llevar a cabo el proyecto y así poder recolectar los planteamientos del cliente
sobre el proyecto que desea realizar. Esta fase la cumplen todas las disciplinas,
donde lógicamente en nuestro caso solo tomaremos en cuenta todo lo relacionado
con el sistema eléctrico y equipos eléctricos asociados al proyecto.
Luego de tener toda la información necesaria, se procede a realizar una lista
general de cargas existentes, si es el caso, por medio de la información ya
recabada anteriormente para luego elaborar una nueva lista que incorpora nuevos
equipos o simplemente trabajar con los equipos ya existentes pero con un nuevo
dimensionamiento, es decir, con más o menos carga. En la mayoría de los casos
la nueva lista general de cargas tiene variaciones considerables para el proyecto.
Hay cargas asociadas al proyecto que provienen de otras disciplinas
específicamente de mecánica e instrumentación.
Ya teniendo la lista general de cargas en el proyecto, podemos saber todos los
equipos a utilizar en el proyecto y a su vez se procede a la selección de los
S
O
D
A
V
R
E
Fase II: Elaborar las diferentes fórmulas involucradas
en los análisis de cargas,
S
E
R
S
para lograr la elaboración deH
una
para la realización de cálculos en
Oherramienta
C
E
diseños eléctricos
DEdeRingeniería básica en mediana y baja tensión en la empresa
transformadores y el correcto dimensionamiento de los conductores.
TECSER INGENIERÍA C.A.
Para poder elaborar las diferentes fórmulas en los análisis de carga, se tuvo
que recolectar cierta información en la Disciplina de Electricidad, basada en los
criterios eléctricos utilizados en la empresa, para la elaboración de los cálculos
utilizados en los análisis de carga.
Hay algunos datos suministrados a la tabla de análisis de carga, que son
directamente introducidos por el diseñador, como los HP, la eficiencia (Eff%),
factor de potencia (Fp%) y el factor de carga.
Los HP son suministrados de forma directa, pero con los motores se puede dar
el caso que sean suministrados en BHP. Para llevar los BHP a HP solo hay que
realizar una operación, según la potencia con que trabaja el motor:
- Hasta 25 HP
HP = BHP * 1.25
- De 30 a 75 HP
HP = BHP * 1.15
- 100 o más HP
HP = BHP * 1.10
La potencia activa (KW) es la información relativa a la potencia en el motor y se
maneja por lo general en HP. Los HP se pueden convertirse a KW por medio
del siguiente factor:
KW = HP * 0,746
La carga de operación viene expresada en KVA. Para el caso de los motores
eléctricos, se obtienen de acuerdo a la siguiente expresión:
(KW * factor de carga)
KVA =
S
O
D
VA
R
E
S
En el caso de cargas diferentes a motores,
la carga de operación se obtiene de
E
R
S
la siguiente relación:
HO
C
E
DER
(Fp% * Eff%)
KVA operac = KW * factor de carga
El factor de operación (F.O.), se define como la frecuencia con que se utilizarán
los equipos que funcionan como intermitentes o de reserva. Se expresa como:
N° O al D * ( T.O.M / 60 )
(F.O.) =
8 Horas
N° O al D : Número de operaciones al día.
T.O.M :Tiempo de operación en minutos.
60 : Sesenta minutos.
8 Horas: Tiempo base que se considera para el estudio.
Fase III: Elaborar las fórmulas necesarias para el dimencionamiento de
conductores eléctricos a utilizar, para lograr la elaboración de una herramienta
para la realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en
mediana y baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Cuando se proceden a elaborar las fórmulas necesaria para el dimensionamiento
de conductores, se toman en cuenta las siguientes reglas generales:
- La capacidad nominal del equipo.
- Las corrientes de carga, partiendo del análisis de carga.
- La reserva que generalmente se deja para cargas futuras.
Tomando en consideración estas reglas, el cálculo de un conductor se
determina de la siguiente manera:
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
Icond = Icarga * % de reserva
EC
R
E
D
En caso contrario se utiliza simplemente la ley de ohm, donde:
P= V * I »
I = P / V ; Para cargas Monofásicas.
I = P / √ 3 * V ; Para cargas Trifásicas.
El tipo de conductor utilizado en cada proyecto cumple con las especificaciones
del proyecto y los criterios de Diseño Eléctrico. El calibre del conductor
seleccionado para cada circuito eléctrico depende de la corriente, caída de
tensión, calentamiento de circuitos agrupados, capacidad de corto circuito y
temperatura ambiente, donde tomando en cuenta la corriente nominal del
conductor y sabiendo todo lo antes mencionado, podemos determinar el cálculo
del calibre del conductor por capacidad de corriente:
I Nominal
Icond =
Factor por Temp. * Factor para no cargar el conductor más
del 80 % de su capacidad.
Para calcular el calibre del conductor por caída de tensión, en el caso que sea
monofásico, se toma en cuenta la siguiente fórmula:
KVA * L ( r * cos θ + x * sen θ )
%∆V =
2
5 * (KV)
Donde r y x: son la resistencia y reactancia del conductor, por unidad de longitud
respectivamente.
Cos θ : Factor de potencia.
KVA: Potencia.
L: Longitud del conductor.
KV: Voltaje normal de operación.
S
O
D
VA es la siguiente:
R
Y si las cargas son trifásicas, la fórmula por caída
de
tensión
E
S
E
R
OS
H
C
E
DER KVA * L ( r *cos θ + x * sen θ )
%∆V =
2
10 * ( KV )
Siempre se revisará la caída de tensión para cada uno de los circuitos.
Fase IV: Elaborar las diferentes fórmulas para el dimensionamiento de
transformadores, para lograr la elaboración de una herramienta para la realización
de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión
en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
El transformador básicamente está constituido por dos bobinas, primaria y
secundaria entrelazadas por el mismo circuito magnético. Si se desprecian las
pérdidas de potencia en el circuito magnético y las corrientes de excitación, el
transformador puede ser representado donde la impedancia o admitancia del
bobinado secundario esté referido al bobinado primario y los dos bobinados
estén incluidos en la impedancia Z ó en la admitancia Y.
La relación de transformación nominal es:
n = V1 / V2 = I2 / I1
V1= Voltaje RMS en el primario.
V2= Voltaje RMS en el secundario.
I1= Corriente RMS en el primario.
I2= Corriente RMS en el secundario.
S
O
D
A
V
R
El transformador se calcula de acuerdo a las cargas
en operación de todo un
E
S
E
R
OS una capacidad de reserva que permite en
sistema eléctrico, de dondeH
depende
C
E
R
E
D
un futuro aplicar cargas adicionales. El porcentaje de cálculo de la reserva
generalmente es de 20% según C.E.N. sección 450 y las Normas PDVSA
código 90619.1.050. Esta reserva puede ser también calculada según los
requerimientos del cliente por si desea una mayor o menor capacidad de
reserva; de está forma se puede calcular la carga total que se necesita de la
siguiente manera:
Carga t = cargas (según análisis de carga) x % de reserva
Fase V: Diseñar las diferentes hojas de cálculo con las cuales se generarán los
diferentes análisis de carga, para lograr la elaboración de una herramienta para la
realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Los diseños de las diferentes hojas de cálculo, están bajo el formato Excel; cada
una de estas tablas contienen datos importantes para poder desarrollar un diseño
eléctrico, los cuales son suministrados o desarrollados principalmente por los
responsables de llevar a cabo determinado proyecto. Se presentan nueve tablas,
una para equipo a dimensionar.
Entre las Hojas de cálculo para generar los diferentes análisis de carga está la
representada en la figura N°1, el cual posee las siguientes características:
Tag de Equipo: Es la identificación de cada equipo. Define el tipo o modelo.
S
O
D
VA
R
E
S
Tipo de Servicio: Expresa si el tipo de servicio del equipo es considerado ya sea,
Esencial ( E ), No Esencial ( NE ) ó Vital ( V ).
E
R
S
Ciclo de Operación: Es el modo
HOde uso de un equipo o la frecuencia con que va
C
E
Rpuede identificar de tres maneras ya sea Continuo (C),
a operar, el D
cualEse
Reserva (R) ó Intermitente (I).
KW: Es la carga o potencia del equipo.
Hp: Potencia Activa de Equipos Motorizados.
Fp%: Factor de potencia de equipos eléctricos expresado en porcentaje.
Generalmente esta información es suministrada por el fabricante.
Eff%: Eficiencia del equipo eléctrico expresada en porcentaje.
Factor de Carga: En términos de equipo, es la relación entre la demanda
promedio del equipo y la capacidad nominal del equipo.
F.O. (Factor de Operación): no es mas que la frecuencia con que se utilizan los
equipos que funcionan como intermitentes o de reservas.
FcoI y FcoR: Factor de coincidencia para cargas intermitentes (FcoI) o de reserva
(FcoR) que es la relación entre la demanda máxima combinada de un sistema y la
suma de las demandas máximas de sus componentes.
Fuente de Alimentación: Es de donde se va alimentar eléctricamente cada uno
de los equipos en consideración; es decir; equipos como los motores que
generalmente se alimentan de un C.C.M. ( Centro Control de Motores ) para poder
lograr su funcionamiento.
S
O
D
VA
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E
S
Voltaje de Utilización: Es el voltaje que manejan los equipos para su desempeño
E
R
S
HO
satisfactorio.
EC
R
E
D
Todos estos datos concentrados en la figura N°1, se distribuyen de acuerdo a la
fuente de alimentación de cada uno de los equipos ya que habrá diferentes
análisis de carga para cada uno de los equipos a dimensionar, entre los cuales se
pueden nombrar: Fuentes de Potencia de Servicio Ininterrumpido (U.P.S.),
Cargadores de Baterías, C.C.M. (Centro Control de Motores); se procede
determinar una lista general de cargas en el diseño eléctrico que no es más que el
análisis de carga principal.
El análisis de carga principal viene dado por todos los análisis de carga
previamente desarrollados, en donde se va a concentrar la capacidad de carga
total de cada uno de los equipos. Este análisis incluye todos los equipos
motorizados.
Figura N°1: Tabla donde se concentran datos asociados a Diseños
Eléctricos de Ingeniería Básica.
S
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EC
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
La figura N°2 refleja la tabla relacionada con los análisis de carga, todas
diseñadas bajo el mismo formato. Esta tabla tiene toda la información necesaria
para los análisis respectivos de todos los equipos. Este formato también es
utilizado para la tabla de el análisis de carga principal.
En estas tablas se calcula la potencia de cada equipo e información adicional
que se desarrolla en la misma.
En cuanto a la información adicional que se presenta en figura N°2, se puede
visualizar, como ya se mencionó, la potencia o carga de operación, al igual que
la demanda máxima en ocho horas y en quince minutos, que va poseer cada
equipo dimensionado. A continuación se presentan las características de estos
datos:
Carga de Operación: Viene expresada en KVA.
Demanda en ocho horas: Carga media del sistema evaluado durante un
intervalo de ocho horas.
Demanda en quince minutos: Carga pico más alta que puede ocurrir en un
intervalo de tiempo de quince minutos.
Figura N°2: Tabla para Análisis de Carga.
S
O
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VA
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
Fase VI: Diseñar las diferentes hojas de cálculo con las cuales se generará la
tabla de conductores dimensionados, para lograr la elaboración de una
herramienta para la realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería
básica en mediana y baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Los diseños de las diferentes hojas de cálculo, como ya se sabe están bajo el
formato Excel, en donde una vez obtenidos todos los datos necesarios se lleva
a cabo el Cálculo de Conductores.
Todos los análisis de carga dan como resultado las cargas de operación de los
equipos; estas cargas generalmente vienen dadas en KVA. Por otra parte se
tienen que tomar muy en cuenta el voltaje de utilización como también otros
datos que son introducidos por el diseñador; con esta información
prácticamente se desarrolla la tabla mostrada en la figura N°3 la cual dará los
conductores adecuados de los equipos. Cada uno de los resultados de la tabla
se generan de manera automática con vinculaciones realizadas de otras hojas
de cálculo y con fórmulas elaboradas dentro de la misma hoja de cálculo.
La tabla para el cálculo de conductores se presenta en la figura N°3. Esta posee
las siguientes características:
S
O
D
Tag de Equipo: Es la identificación de cada equipo, define
VAel tipo o modelo.
R
E
S
E
R
Tag del Cable: Es la identificación
OSdel cable.
H
C
E
DER
Voltaje Nominal: Es el voltaje que se toma en consideración para el cálculo del
conductor.
Nro. de Fases: Define con cuántas fases del sistema se está trabajando.
Corriente Nominal: Se calcula y se refleja de acuerdo a la potencia y el voltaje
nominal.
Longitud del Cable: Distancia que hay entre el equipo y su fuente de
alimentación.
KVA: Potencia del equipo.
Aislamiento del Conductor: La podemos especificar de varias maneras según
el fabricante: THW, TW, THHN; estas determinan el nivel de aislamiento del
material que recubre el conductor de cobre o aluminio.
Factor de Corrección: Dato proveniente de acuerdo a la temperatura del sitio
donde se desea instalar el equipo, como también depende del nivel de
aislamiento.
Corriente Calculada: Es la corriente con la cual se va dimensionar el
conductor, es decir, de esta depende la capacidad de corriente que puede
soportar el conductor.
Tipo de Conductor: Se puede señalar ya sea Monopolar ó Multipolar, es decir,
de un hilo ó varios hilos.
Calibre por Ampacidad: El cálculo depende de la distancia en la que está el
equipo, pero es necesario con anterioridad determinar la corriente, y tomar en
S
O
D
VA
R
E
S
consideración la caída de tensión.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Nro. de Conductores por fase: Depende de la corriente calculada, ya que hay
conductores que no soportan cierto nivel de corriente; en consecuencia se colocan
varios conductores.
Calibre por caída de tensión: Se asemeja a el cálculo que se realiza por
ampacidad; por consiguiente el resultado es el mismo.
ΔV%: Variación de voltaje de cada conductor con respecto al nominal.
ΔV% arranque (Motores): Variación de voltaje del conductor dimensionado para
cada equipo motorizado tomando como referencia el arranque de estos equipos
con respecto al voltaje nominal.
Figura N°3: Tabla para el Cálculo de Conductores.
S
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
Fase VII: Diseñar las diferentes hojas de cálculo con las cuales se dimencionarán
los transformadores necesarios, para lograr la elaboración de una herramienta
para la realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en
mediana y baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Para llevar a cabo el cálculo de los respectivos transformadores que tendrá el
proyecto, se toma en cuenta el resultado obtenido en el análisis de carga
principal para obtener la demanda máxima con que puede operar el sistema
eléctrico en consideración. Esta información se vincula directamente con la
tabla de cálculo de transformadores, la cual por medio de fórmulas elaboradas,
selecciona y busca el transformador apropiado según el cálculo.
Para los diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión solo
se toman en consideración el transformador principal que por su característica
alimenta todo el sistema y un transformador de servicios auxiliares, el cual
incluye las cargas que tienen que ver con iluminación, tomacorrientes, equipos
hidroneumáticos entre otros. Para las alimentaciones de los equipos, están los
tableros de distribución eléctrica; estos se alimentan de los transformadores y
son dimensionados en base al mismo análisis de carga correspondiente a cada
uno de ellos.
En la figura N°4 podemos visualizar cada uno de los datos que se obtienen a la
hora de dimensionar un transformador; estos incluyen el tipo de transformador,
el cual es introducido desde la entrada de datos por el ejecutor del programa,
como también el voltaje nominal y la capacidad del transformador seleccionado.
Estos últimos se generan automáticamente en la tabla.
A continuación se presentan las características de la tabla que permite
visualizar los datos obtenidos en el dimensionamiento de transformadores:
S
O
D
VAsobre para qué se
R
Descripción: En esta columna se visualiza la E
indicación
S
E
utilizará el transformador a nivel de quién
alimentará, además del transformador
R
OS
de servicios auxiliares.
H
C
E
DER
Demanda del sistema: Permite visualizar el dato proveniente del análisis de
carga relacionado con la demanda del sistema que suministrará el
transformador.
Tipo de transformador: Esto es simplemente el tipo de transformador
seleccionado. Entre los tipos con que se trabaja en la empresa están: el tipo
poste, tipo pad mounted, tipo seco y tipo sub-estación.
Voltaje Nominal: Esta es la tensión específica en el lado primario del
transformador. Este se toma simplemente como referencia.
Transformador requerido: Nos va permitir ver la capacidad del transformador
seleccionado. Esta capacidad se calcula de forma automática de acuerdo al
dato obtenido del análisis de carga a una demanda promedio de trabajo de
ocho horas.
Impedancia: Esta nos permite ver las limitantes de la corriente de corto circuito
y fallas a tierra; también define la resistencia del neutro, y está expresada en
porcentaje.
Capacidad del transformador seleccionado (KVA): Capacidad definitiva del
transformador seleccionado.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura N°4: Tabla de Cálculo de Transformadores.
Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
Fase VIII: Enlazar las anteriores hojas de cálculo con un programa en lenguaje
Visual Basic, el cual sirva de interfaz con el usuario para la introducción de datos
necesarios, para lograr la elaboración de una herramienta para la realización de
cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y baja tensión en
la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
Las tres hojas de cálculo básicas elaboradas en las fases V, VI, y VII, se
enlazan con una implementación en lenguaje Visual Basic, con la finalidad de
permitir, de una manera amigable, interactuar con el usuario. Para ello, se
diseñaron ocho diferentes tablas, cada una de las cuales permiten introducir o
visualizar data ya sea del usuario para la realización de cálculos u observar
resultados de alguna ejecución realizada por la hoja de cálculo.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
Estas tablasD
implementadas en Visual Basic corresponden con las siguientes:
a.- Tabla relacionada con datos de electricidad para tableros auxiliares.
Las tablas asociadas a datos referentes de tableros de servicios auxiliares
reflejadas en la figura N°5, según el diseño, contemplan el suministro de
energía eléctrica a cinco posibles servicios como lo son: Iluminación interior,
iluminación exterior, tomacorrientes, equipos hidroneumáticos y otros. Cada
servicio se debe caracterizar por medio de los siguientes datos: Potencia
requerida ( KW ), voltaje de utilización ( tensión requerida ), Tipo de Servicio,
Ciclo de Operación, Factor de Potencia, Eficiencia, Factor de Carga, Factor de
Operación, Factor de Coincidencia para Cargas Intermitentes y el Factor de
Coincidencia para Cargas de Reserva.
Figura N°5: Datos de Electricidad para Tableros de Servicios Auxiliares.
S
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VA
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E
S
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S
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EC
R
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
b.- Tabla relacionada con datos de electricidad referentes a Mecánica.
En esta tabla se deben de introducir datos relacionados con equipos
motorizados (relacionados con máquinas rotativas) como se puede ver en la
figura N°6. Se destaca, en esta tabla, que este formulario se encuentra
enlazado con la tabla “Datos de Mecánica“. Cuando el usuario se introduce en
esta tabla, el programa trata de ubicar la data correspondiente a potencia y
tensión de los diferentes equipos motorizados que se van a caracterizar, de
manera tal que, si no consigue dato alguno de potencia y tensión, ejecuta la
apertura de la tabla “Datos de Mecánica” para que el usuario defina las
características de la potencia involucrada en el equipo; esta potencia es
necesaria de definir ya sea en BHP o en HP, encargándose la hoja de cálculo
correspondiente de traducir este dato a HP si este es suministrado en BHP. El
resto de la data que caracteriza al equipo motorizado, corresponde con lo
nombrado para la tabla de Tableros de Servicios Auxiliares.
Figura N°6: Ventana para introducir datos de electricidad teniendo como
base los datos de la Disciplina de Mecánica.
S
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E
S
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E
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
c.- Tabla relacionada con datos de electricidad referente a Equipos de
Instrumentación.
La data en esta tabla representada en la figura N°7 se encuentra relacionada
con información relativa a válvulas motorizadas. Este formulario se encuentra
enlazado con el formulario de “Datos de equipos de instrumentación”, de
manera tal que si se tratara de accesar a la tabla de “Datos de Electricidad
(Equipos de instrumentación)” y en la misma no existiera data alguna, la
implementación activa previamente la tabla “Datos de equipos de
Instrumentación” para caracterizar, en este caso, la potencia en HP del equipo
de instrumentación a caracterizar. El resto de las características, son iguales a
nivel de renglones que las nombradas en las anteriores tablas.
Figura N°7: Ventana para introducir datos de electricidad teniendo como
base los datos de la Disciplina de Instrumentación ( Equipos ).
S
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E
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E
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EC
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
d.- Tabla relacionada con datos de electricidad referente a instrumentos de
Instrumentación.
La tabla relacionada con los datos de electricidad referente a instrumentos de
instrumentación representada en la figura N°8 caracteriza a los instrumentos
involucrados en el proyecto, de la misma forma como se mencionó en las
anteriores tablas. Esta tabla se encuentra enlazada con la tabla relacionada con
Datos de Instrumentos de Instrumentación. No es posible de caracterizar un
instrumento sin previamente tener información de la carga estimada que
manejará en KW. Si se tratará de caracterizar a un instrumento sin tener
previamente la carga estimada, la implementación activa la tabla de datos
referentes a Instrumentos y Equipos de Instrumentación para caracterizar la
potencia y tensión del instrumento en cuestión. El resto de la data que
caracteriza a los instrumentos, corresponde con lo nombrado para las tablas
anteriores en cuanto a datos de electricidad.
Figura N°8: Ventana para introducir datos de electricidad teniendo como
base los datos de la Disciplina de Instrumentación ( Instrumentos ).
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
e.- Tabla relacionada con Datos de Mecánica.
En esta tabla representada en la figura N°9 se deben introducir datos
proporcionados por la disciplina de mecánica, relacionados con equipos
motorizados ( máquinas rotativas ). En la tabla relacionada con “Datos de
Mecánica” se reflejará el TAG del equipo el cual tiene la finalidad de identificar
al mismo más la potencia del equipo motorizado la cual es necesaria de definir
en una de dos posibles unidades como lo son en HP ó BHP.
Figura N°9: Ventana para introducir datos de la Disciplina de Mecánica.
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
EC
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f.- Tabla relacionada con datos de Instrumentos y Equipos de Instrumentación.
Estos datos son suministrados únicamente por la disciplina de instrumentación
teniéndose Datos de Equipos y Datos de Instrumentos como lo representa la
figura N°10.
Los datos relacionados con equipos, que siempre serán válvulas motorizadas y
al igual que los motores, su potencia viene dada en HP y de igual forma su
identificación se expresa con el TAG.
Por otra parte para los Datos de Instrumentos, también se suministrará el TAG
del equipo, su carga en KW y su respectivo voltaje de utilización.
Figura N°10: Ventana para introducir datos de la Disciplina de
Instrumentación.
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
g.- Tabla relacionada con Datos de Conductores.
La tabla relacionada con datos de conductores posee cinco renglones
expresados en la figura N°11 los cuales son: Identificación del equipo
interconectado con el conductor ( TAG del equipo ), identificación del conductor
que se conectará al equipo ( TAG del Cable ), longitud del conductor, tipo de
aislamiento y un indicativo si es monopolar ó multipolar. El renglón de
identificación del equipo no es accesible por el usuario; este es manejado por
una implementación dependiendo de los equipos definidos anteriormente en el
proyecto. De igual manera, el renglón de identificación del conductor no es
accesible por el usuario; la implementación le asigna una identificación al
conductor dependiendo del número de equipos involucrados en el proyecto. El
usuario debe de definir en este caso los datos relacionados con el factor de
potencia, longitud del cable que es proporcionada por el personal dibujante, tipo
de aislamiento del conductor a utilizar y si el conductor será monopolar ó
multipolar.
Figura N°11: Entrada de datos para el Cálculo de Conductores.
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Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
h.- Tabla relacionada con Datos de Transformadores.
La tabla relacionada con los Datos de Transformadores representada en la
figura N°12 caracteriza a los transformadores de acuerdo a los siguientes
renglones: tipo de transformador, valor de tensión en el lado primario del
transformador tipo subestación, sistema de tensión a utilizar de ser
transformador tipo seco más las tensiones en el lado primario y secundario de
los transformadores.
Figura N°12: Entrada de datos para el Cálculo de Transformadores.
S
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D
VA
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S
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S
HO
C
EFuente:
R
Peralta, Sulbarán 2003.
E
D
Una vez definidos todos y cada uno de los términos para la introducción de
todos los datos correspondientes a cualquier proyecto, el usuario podrá
accionar un botón como el se muestra en la figura Nro. 13 que accionara un
macro elaborado previamente en todas las ventanas bajo el formato Excel el
cual ejecutará todos los cálculos necesarios. El programa tiene la facultad de
emitir un comentario que permite al usuario visualizar cuando se ha empezado
a realizar los cálculos y otro para cuando halla terminado de ejecutar todos los
cálculos.
Figura N°13: Botón para poder ejecutar los cálculos.
Fuente: Peralta, Sulbarán 2003.
Fase IX: Generar automáticamente documentos con información final del
dimencionamiento de equipos, para lograr la elaboración de una herramienta para
la realización de cálculos en diseños eléctricos de ingeniería básica en mediana y
baja tensión en la empresa TECSER INGENIERÍA C.A.
La generación de documentos se realiza con la información relacionada con el
dimensionamiento de los equipos involucrados en el proyecto, el cual proviene
de los resultados arrojados por los cálculos realizados en la diferentes hojas de
cálculo que permiten la ejecución de los análisis de carga.
Los resultados generados por los análisis de carga son vinculados
automáticamente a plantillas ya establecidas en formato Word los cuales,
proveen las características del sistema eléctrico en general del proyecto.
Cada uno de los equipos a utilizar en el proyecto tendrá especificaciones técnicas
S
O
D
especificaciones de los diversos equipos son las siguientes:
VA
R
E
S
E
R
OS
- Alcance y características.
H
C
E
- Normas y cogidos
DERaplicables.
generales de su funcionamiento. Algunas de las características de las
-
Especificaciones técnicas generales.
-
Repuestos.
-
Características técnicas particulares.
Al usuario le resta, una vez realizado el análisis de carga, imprimir los
documentos de las diferentes especificaciones y tablas realizadas, para su
posterior entrega al cliente.
CONCLUSIONES.
● Luego de saber cómo se llevan a cabo los diseños eléctricos en la disciplina
de Electricidad se tiene claro que, para poder entenderlos, se necesita tener un
conocimiento básico de las etapas de un proyecto incluyendo todo lo referente a
la Ingeniería conceptual, Ingeniería Básica, Ingeniería de detalles, como
también de términos eléctricos en general.
S
O
D
VA
R
E
S en los análisis de carga se
● Ya teniendo todas las fórmulas involucradas
E
R
OSbajo el formato Excel que permiten el
facilitó el realizar todas C
lasH
tablas
EREen forma automática y detallada con respecto a la
desarrollo de
Dcálculos
capacidad de los equipos.
● Una vez obtenidas las fórmulas necesarias que permiten el dimensionamiento
de conductores, al igual que en los análisis de carga, se implementó y diseñó
una tabla bajo el formato Excel donde se pueden desarrollar cálculos de forma
automática y detallada referente al cable a utilizar por todos los equipos
presentes en un proyecto.
● Con el conocimiento de las fórmulas que se utilizan para poder llevar a cabo
el dimensionamiento de transformadores se elaboró una nueva tabla bajo el
formato Excel que permite ubicar automáticamente el transformador apropiado
según la corriente y demás características de este.
● Cada una de las tablas correspondientes a los análisis de carga, fueron
diseñadas con la finalidad de generar automáticamente una información precisa
y concisa de la demanda de todos los equipos involucrados, además del
sistema eléctrico de suministro en general.
● El diseño de la tabla de conductores cumple el papel de proporcionar
automáticamente la información acerca del conductor que debe llevar cada
equipo que se desea poner en funcionamiento como también otros datos
importantes que tienen que ver mucho con el dimensionamiento del mismo,
S
O
D
VA
R
E
S
entre los cuales se destaca la corriente calculada.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
● La realización de la tabla de transformadores suministra la información de la
capacidad de los transformadores según sea la demanda del sistema eléctrico en
general como también todo lo concerniente a servicios auxiliares.
● El programa en lenguaje Visual Basic facilita la entrada de datos por medio de
sus respectivas ventanas, para luego enlazarse con hojas de cálculo en formato
Excel que son las que realizarán todos los cálculos deseados.
● Los resultados arrojados por las tablas bajo el formato Excel, se pueden
vincular con diferentes documentos en formato Word referidos a las
especificaciones técnicas de los distintos equipos que presente el proyecto.
● Con todas y cada una de las tablas elaboradas se logró en un buen
porcentaje automatizar los diseños eléctricos de Ingeniería Básica en la
disciplina de Electricidad.
● Cuando se implemento la herramienta para la realización de cálculos, el
tiempo de elaboración de un proyecto en la disciplina de Electricidad, se vio
beneficiado de manera tal, que logro agilizar bastante un proyecto en forma
general abarcando todas las ingenierías.
EC
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HO
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D
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S
RECOMENDACIONES.
• Realizar un despliegue más amplio en cuanto a los cálculos elaborados y
desarrollados en hojas de cálculo bajo el formato Excel para así poder contar con
un análisis más profundo al respecto, es decir, que incluya muchos más equipos
en cuanto a los ya estudiados.
• Diseñar en un futuro una herramienta parecida a la utilizada que abarque
S
O
D
VA
R
E
S básica si no también hacer un
• Involucrar en la herramienta no solo la ingeniería
E
R
OS en cuanto a la Ingeniería conceptual y de
estudio que permita obtener información
H
C
E
detalles.
DER
diseños eléctricos en alta tensión.
BIBLIOGRAFÍA.
¾
Hernández Sampieri, Roberto.
Fernández Collado, Carlos.
Batista Lucio, Pilar.
Metodología de la Investigación. 2da edición.
Editorial: McGran-Hill, 1991.
S
O
D
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V
R
E
El Proceso de la Investigación Científica.
S3ra edición.
E
R
Editorial: Limusa. Noriega
Editores,
OS 1997.
H
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E
DER
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Tamayo y Tamayo, Mario.
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Sabino, Carlos.
El Proceso de la Investigación.
Editorial: Panapo, 1992.
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Chapman, Stephen.
Maquinas Eléctricas. 2da edición.
Editorial: McGran-Hill, 1993.
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Penissi, Oswaldo.
Canalizaciones Eléctricas. 6da edición.
1998.