INSTALACIONES ELECTRICAS

RESIDENCIALESLos 6 Cálculos que todo Ingenier o debe Dominar

PRIMERA EDICION

PEDRO LUIS ROJAS VERA

MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

2014

INSTALACIONES ELECTRICAS RESIDENCIALES

Un libro para los que habitualmente diseñan instalaciones para una vivienda.

AUTOR-EDITOR

© Pedro Luis Rojas Vera

Av. Manuel González Prada 1406

Teléfono +51 947 732 978 - Trujillo

La Libertad - Perú

Ilustracón: Rosa María Cavel Amaranto

PRIMERA EDICION, 2014

Tiraje: D gital

ISBN 978-612-00-1978-2.

Libro electrón co disponible en www.amazon.com / www ZolusioneZ.com

D cembre, 2014

Reservados todo los derechos. Se prohíbe la reproduccón total o parcial de esta obra, incluidoel diseño de la portada, por cualquier medio, electrón co o mecán co, sin la autorización delautor.

Dedicatoria

Este libro está dedicado a todos los profesionales que buscan no sólo vivir mejor, sinoayudar a que los demás también lo hagan.

Contenido

Dedicatoria

Contenido

Introducción

1. La Vivienda

1.1 Ubicación e infraestructura eléctrica pública.

1.2 Consideraciones Ambientales.

1.3 Consideraciones Legales.

1.4 La Arquitectura.

1.5 Consideraciones del propietario.

1.6 Consideraciones Eléctricas.

1.7 Procedimiento para obtener un nuevo suministro

1.8 Información final para la memoria descriptiva.

2. Cálculo Uno: La Máx ima Demanda

2.1 La Tensión

2.2 La Corriente

2.3 La Potencia

2.4 Factor de Potencia.

2.5 La Máx ima Demanda

3. Cálculo Dos: La Caída de Tensión

3.1 Caída de Tensión.

3.2 Caída de Tensión según la NTCSE

Procedimiento para Calcular la caída de tensión

3.3 Caída de Tensión según CNE.

4. Cálculo Tres: Cantidad de Circuitos.

4.1 Carga ideal para un circuito

4.2 Carga para un circuito de alumbrado

4.3 El circuito estabilizado

4.4 Circuitos por Niveles

5. Cálculo Cuatro: La Selección del Conductor

5.1 Material del Conductor.

5.2 Tipo de Aislamiento del Conductor.

5.3 Sección Mínima del Conductor.

5.4 Sección de Conductor para la Máx ima Demanda.

6. Cálculo Cinco: La Puesta a Tierra

6.1 Como es una puesta a tierra

6.2 Objetivo de la Puesta a Tierra

6.3 Ubicación de la Puesta a tierra.

7. Cálculo Seis: La Protección.

7.1 El Tablero de la Vivienda.

7.2 Ubicación del Tablero

7.3 Señalización del Tablero.

7.4 Mantenimiento y Espacio en los Tableros

7.5 Dispositivos de Protección.

7.6 El Interruptor Automático o Termomagnético

7.7 Selección de un Interruptor Termomagnético

7.8 Corriente de Cortocircuito.

7.9 Interruptor Automático para Cortocircuitos

7.10 Calculo de Cortocircuito

7.11 Protección contra Sobretensiones

7.12 Dispositivo Protector contra Sobretensiones (SPD) Transitorias

7.13 Dispositivo Protector contra Sobretensiones Permanente

7.13 Protección contra sobretensión total.

8. Ejemplo de Aplicación

8.1 Condiciones Iniciales

8.2 Cálculo de la Máx ima Demanda.

8.2 Cálculo aplicando las condiciones iniciales

8.2 Cálculo de la Caída de Tensión

8.3 Cálculo de los circuitos

8.4 Cálculo de la Puesta a Tierra

8.5 Selección del Interruptor Termomagnético

8.6 Selección del Conductor Principal

8.7 Selección del Conductor por Circuito

Introducción

El diseño de las instalaciones eléctricas de una vivienda es un proceso sencillo ydemanda de poco tiempo, pero hay que lograr que se acomode a tres factores: Lasnormas, los deseos del cliente y a las intenciones del ingeniero. Esto requiere de untrabajo mayor y cuidadoso. Y los cálculos son los únicos que justificarán las decisionesfinales al respecto.

Lo primero que debe considerarse es que las instalaciones de cualquier edificaciónrequieren de un profesional con criterio y ex periencia para hacer que se acomode a lostres factores mencionados. El cumplimiento de las normas es el primer paso, elsiguiente es superar esas condiciones mínimas impuestas con el objetivo de satisfaceral cliente, superando sus ex pectativas, si fuera posible. Finalmente hay que dotar aldiseño de la ex periencia que se ha tenido con otras instalaciones semejantes para queesta sea mejor.

Este libro tiene como objetivo, mostrar cómo se hacen los cálculos necesarios paracompletar el diseño de las instalaciones eléctricas de una vivienda en concordanciacon las normas nacionales e internacionales. Está dirigido a los profesionales eninstalaciones eléctricas que buscan tener un tex to, sin demasiada teoría pero consuficiente rigor práctico y científico.

La primera parte de este libro se dedica a la importancia de una vivienda, no como unaconstrucción o edificio de materiales sólidos y fuertes, sino como un lugar donde lasinstalaciones influyen en la forma de vivir de las personas.

Considero que quienes tenemos una vivienda, damos por hecho que todas lasinstalaciones estarán bien desde el comienzo. El tener cerca o por poco dineroprofesionales manuales para reparar, cambiar o modificar parte de ellas nos brinda latranquilidad para no preocuparnos de cosas como el diseño o la calidad de losmateriales y sus especificaciones.

Pero, cuando comenzamos a equipar nuestra vivienda para transformarlo en un hogar, eldiseño de las instalaciones comienza a tomar interés y afectar nuestro presupuesto.Finalmente los gustos y comodidades siempre tienen un precio.

Creo que es complicado, por los diversos gustos y deseos de los clientes que un diseñoestándar pueda suponer una satisfacción general. Creo que por esa razón no estoy deacuerdo con la forma como se construyen muchas viviendas a las cuales hay quemodificar luego de un tiempo. Los programas de viviendas, edificios de departamentos

nos vende una píldora de diseño acomodada a una forma que debemos aceptar comobuena.

Este libro no trata de arquitectura, pero he querido mencionar esto, porque en todas lasviviendas donde he compartido parte del tiempo de mi vida, en diversas ciudades deeste país, he notado que hay instalaciones que con el tiempo se van olvidando ya seapor espacio o por dinero.

Los seis cálculos que se muestran en este libro son los suficientes para dimensionarlos conductores, tipo de instalación, cantidad de circuitos y dispositivos de protección.A lo largo de todo el libro hay cerca de 50 ejemplos sencillos y un ejemplo deaplicación. Creo que los cálculos deben ser sencillos y he tratado de construir estetex to en busca de ello.

He desarrollado cursos en universidades, institutos y colegios profesionales al respectoy quiero quedarme con la idea de que un buen ingeniero puede lograr serlo si se fija enla parte más importante de cada diseño o proyecto: el cliente (usuario o dueño final de lavivienda).

El propietario es diferente al usuario. El primero lo diseña y construye para venderlo, elsegundo invierte sus ahorros, para obtener el beneficio que todos deseamos: vivir mejor.

1. La Vivienda

La Declaración Universal de los Derechos Humanos, en el artículo 25 indica que todapersona tiene derecho a una vivienda adecuada. Su significado la describe como unlugar de refugio para protegernos de las inclemencias del medio ambiente.

La vivienda ha prosperado a niveles que antes era imposible imaginar. La gran inversiónde Morgan, el socio de Tomas A. Edison en la corriente continua, instalando miles demetros de cables, un generador ruidoso y centenares de bombillas en su mansión, sonuna muestra de la magnífica evolución que ahora disfrutamos.

Es imposible, imaginar nuestra vida sin energía eléctrica. Dependemos de laelectricidad hasta el límite de la propia ex istencia. Un tiempo prolongado sin ella, podríagenerar un colapso social.

Hoy, parece tan sencillo tenerla. Solo hay que presionar el dedo sobre un botón para quealgún artefacto comience a tomar vida. Debido a su uso masivo, la electricidad se haconvertido en una necesidad básica y en la mayor parte de países del mundo su costoes regulado por el estado.

En nuestro País, la empresa concesionaria es la responsable de vendernos la energíaeléctrica a un costo por cada kilo vatio-hora (mil vatios-hora). Esto significa que nosvende potencia por tiempo (P.t=V.I.t), es decir, nos venden tensión y corriente por unadeterminada unidad de tiempo. Como la tensión, teóricamente, debe ser constante,pagamos por el consumo de potencia que sería lo mismo que pagar por el consumo decorriente.

Hay que conocer detalles y aspectos importantes de la vivienda, antes de iniciar eldiseño de sus instalaciones eléctricas. Estas se conocen como especialidades, talescomo Arquitectura, Instalaciones Sanitarias, Iluminación, Comunicaciones, etc.

El primer aspecto es conocer el entorno de la instalación. Una visita al lugar esimportante. Ella nos ayuda a determinar algunos alcances importantes para tenerlos encuenta durante el diseño de las instalaciones.

Saber si las redes de distribución están cerca, si se encuentran en buen estado deconservación y, si es posible conectar nuevas instalaciones. No vamos a solucionar losproblemas que encontremos, tampoco vamos a detener el diseño. Se debe realizar esto,para indicar esas consideraciones en la parte descriptiva del proyecto y facilitar que elconstructor y propietario tomen conocimiento de ello y hagan gestiones más puntuales yespecíficas de forma anticipada.

de vivir. Tenga en cuenta que el propietario indicará lo que desea y usted se encargaráde satisfacerlo dentro de las posibilidades y opciones técnicas que disponga.

Hay que mantener durante el desarrollo del proyecto, una estrecha relación con elArquitecto y el propietario. Por regla general, la arquitectura de la vivienda prima sobre ladecisión de cualquier otra especialidad. Estas deben ponerse al servicio de ella, pueses la que ha capturado de forma profesional los requerimientos del cliente.

Finalmente, como diseñadores, profesionales electricistas o ingenieros electricistas,debemos aportar a la arquitectura y requerimientos del propietario, recomendacionesbasadas en nuestra ex periencia con el objetivo de obtener un diseño que tenga la menorcantidad de modificaciones con el tiempo.

A continuación describo brevemente 8 puntos importantes que hay que conocer antes deiniciar el diseño de las instalaciones eléctricas de una vivienda.

1.1 Ubicación e infraestructura eléctrica pública.

La ubicación es la primera que debemos validar con datos de fuentes de informaciónconfiable tales como los documentos de la propiedad del predio, dirección del lote ovivienda, tipo de zona y referencias para llegar a ella.

Hay que conocer si las redes de distribución de energía eléctrica están cerca delproyecto de la nueva vivienda, si tiene la disponibilidad suficiente para atender nuestranueva instalación. En algunos casos, no es necesario hacer la consulta a la empresaconcesionaria, basta con realizar una inspección visual en el lugar y saber si dentro delperímetro de la vivienda ex isten redes eléctricas con evidencia de estar entregandoenergía a otros usuarios.

Si dentro del perímetro de la nueva vivienda no hay rastros de redes eléctricas, esposible que nos enfrentemos a una gestión prolongada para obtener un nuevo suministrode energía eléctrica. Incluso, es posible, que se tenga que realizar algún tipo deinversión en nuevas redes.

1.3 Consideraciones Legales.

Para diseñar, construir y operar instalaciones eléctricas hay que considerar siempre lasLeyes y normas legales, tanto del sector eléctrico, como de los sectores relacionadoscomo el de construcción y medio ambiente.

El documento más importante en nuestro País, dentro del marco legal del sectoreléctrico es el Código Nacional de Electricidad, aprobado por el Ministerio de Energía yMinas mediante Resolución RM-037-2006-MEM-DM, al cual se le conoce como CódigoNacional de Electricidad Utilización.

Este Código en su sección 010-002, ítem 2, establece que es de cumplimientoobligatorio en todos los proyectos y ejecución de nuevas instalaciones eléctricas,modificaciones, renovaciones y ampliaciones.

La importancia de las normas y leyes relacionadas al proyecto de una vivienda o decualquier otra edificación es que estas establecen las consideraciones mínimas dentrode las cuales el profesional debe desarrollar su trabajo. Esto garantiza que el propietariode una vivienda, que no conoce de cálculos o diseños, tenga un instrumento legal deprotección para recibir un servicio de calidad mínima.

Desde el punto de vista profesional, las normas y leyes del sector eléctrico, son lasconsideraciones que debemos superar con nuestro ingenio para ofrecerle a las familiasy propietarios, una vivienda con instalaciones eléctricas seguras y confiables.

Considerando lo que indica el ítem 4 de la sección 010-002: “ El código comprende lasinstalaciones y equipos eléctricos en edificios, estructuras, predios y en general todaedificación destinada a vivienda, comercio, industria, recreación o servicios, que operano puedan operar en el rango de baja tensión hasta 1 000V.” Podemos decir que este esel único código que se utilizará para desarrollar todo lo referente a las instalacioneseléctricas para una vivienda.

Considero que un profesional de la electricidad que tenga un buen dominio del marcolegal tiene asegurado un desempeño respetable en la elaboración de proyectos o diseñode instalaciones eléctricas.

1.5 Consideraciones del propietario.

Estas, muchas veces, se balancean entre los ex tremos de la sencillez y locontroversial. Estimo que todo debe ser sencillo si se plantean adecuadamente desde elcomienzo y se recibe información de parte, principalmente, de los usuarios de lavivienda que, mayormente, son una pareja.

Lo primero es tener una charla muy sincera y amigable con los propietarios. Ellos debenimaginar esa vivienda para los próx imos 40 años. Deben indicarnos como desean queeste equipada, partiendo de la información actual sobre electrodomésticos ocomodidades. El especialista debe ayudar para mostrar aquellos artefactos o equiposque conoce mejor y que saben van ayudar a que la vivienda se convierta en un hogarque supere las ex pectativas de quienes la habiten.

El hacer las proyecciones de “ los deseos del cliente” no siempre conlleva a elevar elpresupuesto de las instalaciones, aunque estas se diseñen con la posibilidad deimplementarse por fases o niveles. En caso ocurra, generalmente el incremento en loscostos de construcción justifican evitar las modificaciones futuras.

A continuación le muestro algunas sugerencias (deseos) de clientes que son posiblesimplementar en las instalaciones eléctricas de una vivienda:

Una tina con hidromasajes. También se le conoce como bañeras con hidromasajes. Sino se considera esta instalación desde el comienzo, hay que generar luego todo uncircuito para alimentar el motor y adecuar su ubicación para respetar las medidas deseguridad.

Un Equipo de climatización. El diseño de la vivienda debe contemplar una adecuadacirculación de aire con el objetivo de mantener una temperatura agradable durante elaño. Pero, es probable que en algunos ambientes no se logre ese objetivo,especialmente en algunas épocas ex tremas del año. Esto requiere de implementar unsistema de climatización que puede ser desde enfriar hasta calentar el ambiente. Paraello se debe dejar en el diseño la instalación eléctrica disponible para que estosequipos sean implementados en el futuro.

Independizar parte de la casa. Rentar o alquilar parte de la casa, es algo que siempreocurre. Esta requiere de una instalación eléctrica independiente con su propio contadorde energía. No es difícil considerar una instalación que con el tiempo se pueda dividir,accionando un dispositivo de seccionamiento de circuitos.

Muchos puntos de luz. Esto es algo poco común, pero de gran utilidad cuando se

proyecta su uso. La forma general es poner un punto de luz en el centro de cadahabitación. Pero cuando acomodamos los enseres, nos damos cuenta que la luz cae encualquier otro lugar que no es, precisamente, el centro de donde debería estar. Esodificulta una adecuada distribución de la iluminación y un desperdicio de energía endonde no se necesita. Una opción es considerar más de un punto de luz en cadahabitación y con diferente intensidad.

Actualmente ex isten lámparas que ofrecen la posibilidad de modificar los niveles deiluminación y se acomoden a la actividad que se desarrolle. Tener una reunión, porejemplo, ya sea de trabajo o de recreación en horas de la noche hace necesaria unailuminación diferente a la que se tiene de forma diaria.

1.6 Consideraciones Eléctricas.

La mayoría de las viviendas funcionan adecuadamente con potencias que sólorequieren de un suministro de energía eléctrica monofásico.

La justificación de un suministro trifásico se sustenta en el uso de equipos y artefactostrifásico o de un alto consumo de potencia. Si hacemos un recorrido por nuestro hogar yde otras viviendas que recordemos, podemos darnos cuenta que nadie utiliza equipos oartefactos electrodomésticos trifásicos, así que el uso de suministros de energía de estetipo para una vivienda no los tocaremos en este tex to.

Si la vivienda que va diseñar, tiene indicaciones específicas del propietario o delArquitecto, que consideran hacer uso de equipos o artefactos trifásicos, se tendrá quedesarrollar el proyecto como si se tratara de una instalación trifásica, lo cual no es partedel alcance de este tex to.

La primera condición de carácter técnico que se debe tener en cuenta es que se trataráde un circuito eléctrico monofásico y que para su diseño de tomará en cuenta un nivelde tensión nominal que debe ser tomado del marco legal de la localidad donde sedesarrolla el proyecto.

La segunda consideración es que ninguna vivienda unifamiliar podrá diseñarse con unacorriente nominal inferior a 40 amperios. Esto equivale a una potencia aprox imada de8 5kW (Ocho mil quinientos vatios).

La tercera condición es que las instalaciones eléctricas de una vivienda partirán desdeel contador de energía.

La cuarta, es que el contador de energía se ubicará, siempre, en el límite de propiedad ya una altura suficiente para que una persona de altura mediana pueda tomar la lectura deforma fácil.

Además se tienen la consideración técnica de que el conductor del circuito alimentadordebe tener una sección mínima de 2.5mm2. No se debe usar, ni recomendar unconductor de menor sección.

1.7 Procedimiento para obtener un nuevo suministro

Der echo a Suministr o Eléctr ico

Toda persona natural o jurídica, cuyo predio materia de solicitud, se ubique dentro deuna zona de concesión de distribución, tendrá derecho a que el respectivoconcesionario le suministre energía eléctrica, previo cumplimiento de los requisitos ypagos establecidos.

Para la atención de solicitudes de nuevo suministro eléctrico, el usuario deberá cumplircon lo siguiente:

1 Tener instalado el alimentador principal de sus instalaciones eléctricas de utilizaciónal interior del predio, desde el tablero general interno, hasta la ubicación de la caja demedición (cajuela o nicho), con una longitud de reserva que indique el concesionariopara poder conectarlo a los bornes del contador de energía, previa inspección y pruebasde la instalación por parte del concesionario.

2 La cajuela o nicho deberá construirse de tal manera que las personas y los animalesdomésticos no estén ex puestos a riesgo de accidente. Ser de fácil y permanenteacceso para el personal debidamente autorizado e identificado del concesionario. Losusuarios deberán mantener limpio el lugar de instalación. No encontrarse en lugaresdonde la temperatura normalmente ex ceda de 30 C o en ambientes peligrosos, ni otraubicación riesgosa. Ubicarse tan cerca como sea posible al punto donde losconductores de acometida entran a la edificación.

3 Tener instalada la protección adecuada contra sobrecargas y cortocircuitos en sutablero general interno.

4 Tener instalada la protección adecuada diferencial en su tablero general interno, parala protección de personas.

5 Tener instalado un sistema de puesta a tierra efectivo, según lo indicado en el CNEUtilización.

6 El solicitante del suministro deberá permitir al personal autorizado del concesionario,la realización de la inspección del tablero general antes de instalar el suministro, y cadavez que haya una modificación de la instalación que motive la variación de la potenciacontratada. El concesionario podrá efectuar las pruebas eléctricas que considerenecesarias.

7 En zonas de presencia de sobretensiones peligrosas y dependiendo de las

características de los equipos a instalar, al interior del predio se debe disponer de laprotección contra sobretensiones en su instalación eléctrica.

1.8 Información final para la memoria descriptiva.

Este es un tema muy interesante y que debemos ponerle bastante cuidado y, sobre todo,aprecio.

La memoria descriptiva, creo que debe tener un objetivo principal: Ser el documento enel cual se describa el proyecto en forma sencilla y con la mayor cantidad de informaciónposible para que cualquier persona con suficiente educación, pero sin ser especialista,lo entienda.

Este documento debe ser capaz de ex plicar cómo se originó el proyecto, de que trata,donde ubica, como llegó a él, como puedo identificarlo, de quien es, porque decidióhacerlo, cuando empezará a construirlo y que tiempo demandará, como lo haplanificado, cuál es su costo y cuáles son sus características más importantes.

Todo lo indicado en el párrafo anterior debe ordenarse en apartados que formarán partede la memoria y que recomiendo debe estar libre de suposiciones:

Antecedentes.

Se debe indicar cómo se gestó el proyecto. El terreno fue comprado, es una herencia. Hasido una casa que se ha demolido, etc.

Propietario.

Se indicar el nombre, si lo permiten, de los propietarios de la vivienda.

Ubicación.

Debe indicarse la dirección ex acta de la vivienda y referencias para llegar a ella desdeel centro de la ciudad ya sea en transporte particular o privado. Además de lascondiciones del clima de la ciudad en valores promedio tomados de una fuenteconfiable.

Descripción de las instalaciones.

Esta parte debe estar compuesta de la descripción de las instalaciones ex ternas einternas. En cuanto a las ex ternas, el objetivo debe ser mostrar si ex iste red suficientepara el suministro eléctrica de la vivienda y facilidades de conex ión. En cuanto a lasinternas, se debe indicar el tipo de conductor y secciones que se ha usado en el diseño,principales equipos eléctricos que se han considerado en el cálculo de la máx imademanda.

Consideraciones de diseño.

Se deben indicar, tomando como referencia las normas legales, la tensión nominal, lafrecuencia, factor de potencia, máx ima demanda, cantidad de circuitos y detallesimportantes que se han tomado en consideración para desarrollar el diseño.

Trámites y gestiones necesarias.

Se deben indicar que hacer para obtener el suministro de energía eléctrica, si es total opor fases, que documentos presentar, que se debe tener en cuenta antes de iniciar lasinstalaciones.

Recomendaciones que se tomaron en cuenta en el proyecto.

Aquí se deben incluir las del arquitecto, diseñador y del propietario. Específicamenteaquellas que han influenciado en las consideraciones de diseño.

2. Cálculo Uno: La Máxima Demanda

Este cálculo es el más sencillo y el más importante. De él dependen todos los demáscálculos que se hagan para determinar la cantidad y especificaciones de losconductores y dispositivos que conformarán las instalaciones eléctricas.

Las palabras “ demanda máx ima” , “ demanda” y “ carga” están definidas de la siguientemanera:

Demanda.- Es la carga promedio que se obtiene durante un intervalo de tiempoespecificado (intervalo de demanda). Este intervalo de tiempo depende del uso que sequiere dar al valor de demanda correspondiente, siendo generalmente igual a ¼, ½ o 1hora.

Demanda Máxima.- Máx imo valor de la demanda que se presenta durante un periododeterminado (diario, semanal, mensual o anual).

Car ga.- Potencia activa o aparente consumida o suministrada a una máquina o a unared.

Algunas veces suele denominarse “ carga” a la corriente. Es un error, si partimos de estadefinición, pero si consideramos que la potencia es el producto de la tensión (que debemantenerse constante) y la corriente, el uso es correcto.

2.1 La Tensión

La tensión que requieren los artefactos de una vivienda para funcionar adecuadamentese mide en voltios y su símbolo es la “ V” . Su valor debe ser, en el mejor de los casos,un valor normal o “ nominal” que es diferente en cada País. Para nuestro caso, latensión nominal es de 220V. De aquí en adelante denominaremos a la tensión nominalde la siguiente manera:

Vn=220V

Esta tensión debe ser proporcionada por una fuente. Se le llama así (fuente), porque ladebemos suponer como inagotable. Si conecta un artefacto a un tomacorriente de sucasa y lo pone a funcionar, seguirá en ese estado indefinidamente hasta que lo apagueo, hasta que lo desconecte. En este caso el tomacorriente es la fuente de tensión de eseartefacto.

2.2 La Corriente

La corriente es lo que necesitan los artefactos para funcionar. Su valor representa el flujode electrones necesarios para que los circuitos eléctricos y electrónicos, dentro de losequipos, funcionen. Se mide en amperios (A) y se ex presa con el símbolo “ I” . Lacantidad de corriente que necesita un artefacto para funcionar depende de su potencia yde la tensión de la fuente donde se conecte.

Para todos los casos, los equipos y artefactos que funcionen con electricidad soportanun determinado valor de tensión y un determinado valor de corriente. Cuando se superanesos valores, se producen daños. En algunos casos se averían algunas partes y enotros, que son los más lamentables, se pierde todo el equipo. Por eso resulta importante“ proteger” a los equipos de esos daños, lo cual veremos en el capítulo de protecciones.

Tanto la tensión como la corriente no son números simples, como posiblemente hemosescuchado: 5 amperios, 380 voltios, etc. Estas magnitudes físicas que caracterizan a lacorriente eléctrica son en realidad, números complejos. No vamos a trabajar connúmeros complejos en este tex to, porque los valores y cantidades que son necesariaspara los cálculos de la instalación eléctrica de una vivienda nos permiten ignorar, sinmucho error, el comportamiento complejo de esas variables.

2.4 Factor de Potencia.

El factor de potencia, es como su nombre lo indica: un factor. Es decir, un número que almultiplicarse por la potencia aparente se obtiene la potencia activa. La diferencia másimportante entre ambas, es que la potencia activa es la que se convierte en trabajo útil y,por lo tanto, la que más nos interesa. Para efectos de usar un símbolo, denominaremosal factor de potencia como “ fp” . Trato de no usar valores trigonométricos o matemáticosmás complejos, porque no son necesarios para el objetivo de este libro.

Como la potencia aparente es la máx ima que puede producirse, el máx imo factor depotencia es 1. Esto quiere decir que la potencia activa será siempre menor y, el factor depotencia, será un número menor o igual que 1.

Matemáticamente, la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, es lasiguiente:

S=P.fp

Si despejamos la potencia activa (P), y reemplazados S=V.I, tenemos que:

P=V.I.fp

Como puede ver en la fórmula, el “ fp” afecta el resultado y lo ideal sería tener un valormuy cerca de uno. En una vivienda, eso no es problema, pues en la mayoría de loshogares, es superior a 0.95.

Ejemplo 2.1

Cuál será la potencia de una fuente que entrega 10 amperios a una tensión de 218voltios.

Solución

S=V.I

S=220V.10Amp

S=2 200 VA.

Ejemplo 2.2

Cuál será la corriente que consume un ventilador de 45W, si se conecta a una fuente de230 voltios.

Solución

Este ejemplo no tiene solución a menos que se asuma un valor que falta: el factor depotencia. Como puede verse la potencia esta ex presada en W (vatios) y, con el valor dela tensión, puedo obtener el valor de la corriente si la potencia fuera en VA(voltamperios). Por lo tanto para convertir esa potencia activa en aparente, falta conocerel factor de potencia.

Ejemplo 2.3

Cuál será la corriente que entrega un transformador de 2 200 VA, si la tensión en susbornes es de 220 voltios con un factor de potencia de 0 95.

Solución

S=V.I

2 200VA=220V.I

I=10 Amperios.

Como puede apreciar, el dato del factor de potencia, no ha sido de utilidad para esteejemplo. Lo que podríamos obtener con estos datos es que a este transformador sepueden conectar una cantidad de equipos que sumen como máx imo una potencia de:

P=S.fp

P=2 200VA.0.95

P=2 090W

P=2.09kW

2.5 La Máxima Demanda

Máx ima demanda, es lo mismo que máx ima potencia y se refiere a la mayor cantidadde vatios que una vivienda va necesitar. Este cálculo consiste en calcular la cantidadmáx ima de potencia que debe estar disponibles para que una vivienda funcione sinproblemas con todos los artefactos conectados.

La potencia que necesita la vivienda, debe ser entregada por una fuente, la cual se ledenomina: punto de suministro de energía eléctrica y, está ubicado en la fachada o límitede propiedad de la vivienda. Esta fuente, para todos los casos es proporcionada por laempresa concesionaria de la localidad. Para obtenerlo hay que solicitarlo indicando lacantidad de potencia que debe estar disponible en ese punto.

En nuestro País, esta solicitud va acompañada de los siguientes documentos:

1. Cálculo de la máx ima demanda que es un cuadro con el detalle de esteprocedimiento y relación de equipos importantes, firmado por un ingenieroelectricista con registro del colegio de ingenieros.

2. Plano de ubicación de la vivienda con referencias, para que la empresaconcesionaria pueda evaluar si las redes que tiene en esa zona cuentancon potencia disponible como para atender esta nueva vivienda.

3. Documentos que demuestren que quien solicita es propietario de la viviendao tiene algún poder sobre ella, con el objetivo de facturar y cargar el valordel consumo a la vivienda. Esto garantiza, que siempre es posible cobrarla deuda, a menos que desparezca la propiedad.

Antes de desarrollar el cálculo de la máx ima demanda (MD), se debe tener en cuentaque esta debe representar la máx ima potencia que usará, en algún momento, durantetoda la vida útil de la vivienda. Asumiendo que no se realizarán grandes modificacionesa corto plazo. Por eso es muy importante que el usuario o propietario ex ponga susnecesidades actuales y futuras de la forma más optimista posible.

Voy a referirme ahora a la potencia contratada. Esta es la potencia que el dueño de lavivienda contrata con la empresa concesionaria por el lapso de un año. Y, según nuestrareglamentación, esta puede renovarse anualmente y de forma automática. El objetivo esevitar que el usuario este realizando gestiones todos los años por una potencia que,generalmente, no tienen modificaciones ex tremas.

El cálculo de la máx ima demanda tiene dos objetivos: contratar el servicio desuministro de energía eléctrica con la concesionaria y diseñar los circuitos eléctricos desu vivienda. De ambos, el contrato con la concesionaria se puede cambiar cada año,

pero el diseño de sus instalaciones no puede ser sometido al mismo trato, por el costoque esto significaría.

Por lo tanto, el cálculo de la máx ima demanda tiene por objetivo determinar lasdimensiones de los conductores que se instalarán en toda la vivienda. El valor de esamáx ima demanda determina: la cantidad y espesor de esos conductores, diámetros detuberías, especificaciones de equipos de protección, etc. Y, eso, no es recomendablecambiar cada año.

Necesidad 1: Arquitectura

Esto es lo primero que debemos saber: Que es lo que el Arquitecto ha planificado paraesta vivienda. Hay que verificar los planos y solicitarle, en caso no los tuviera, de formaex presa la distribución de los ambientes y sus detalles, pero para fines del diseño delas instalaciones eléctricas.

Se debe requerir la función de cada ambiente, su área, la distribución de los enseres ydetalles específicos de equipos o artefactos eléctricos decorativos que hayadeterminado implementar. Los detalles específicos a solicitar, de los equipos son:potencia, tensión, lúmenes, dimensiones, recomendaciones de instalación y uso.

Necesidad 2: Estructural

Hay que conocer donde están ubicadas, tipo y dimensiones de: columnas, vigas,puertas, escaleras, ventanas, mamparas, jardines y espacios de luz. Debido a que lostomacorrientes e interruptores de alumbrado se instalan luego que la vivienda se haedificado, no es recomendable perforar columnas o vigas, ya que se afecta la capacidadportante de los mismos, además del enorme trabajo manual que hay que realizar con lasimplicancias en costo, tiempo y molestias ruidosas.

Necesidad 3: Mecánicas

Hay que conocer la potencia y ubicación de los equipos necesarios para el aireacondicionado, calefacción y ascensores. Estos equipos dependiendo del tamaño ypotencia, deben ser conectados a un circuito eléctrico independiente, considerar el lugarde ubicación de motores y otros componentes que deben tener una fuente de tensiónpermanente.

Necesidad 4: Bombas

Hay que conocer la potencia, ubicación y tipo de las bombas a usar. Estas por sutamaño para una vivienda sólo requieren de un circuito independiente con fines

operativos. Los motores monofásicos no son tan ex igentes como los trifásicos entérminos de corriente de arranque, por lo que hay que tener cuidado con ello. Si hubierala necesidad de implementar un motor trifásico se trataría como una instalaciónindustrial que sale del alcance de este tex to.

Necesidad 5: Voz y Data

Hay que conocer la potencia, ubicación y dimensiones de los equipos de cómputo,servidores, intercomunicadores, fuentes para señal de TV, telefonía, etc.

Información para el cálculo

Una forma de hacer este cálculo es tener información de la potencia de todos losartefactos y equipos que funcionarán en la vivienda, pero esto no sólo es difícil sinotambién riesgoso, pues puede que el usuario o propietario adquiera, con el tiempo,equipos que por ahora no conocemos.

Otro factor que pone en riesgo, este tipo de cálculo, es que al comienzo el propietarioconsidere una modesta cantidad y tipo de artefactos y, posteriormente estos semodifiquen incrementando su potencia instalada.

Lo anterior no ex ime que este cálculo se pueda realizar con información específica delpropietario o usuario. No es un caso común pero puede suceder.

Anteriormente el cálculo de la máx ima demanda para una vivienda, se realizabatomando una determinada cantidad de vatios por metro cuadrado (w/m2), que eraindicado en el Código Nacional de Electricidad. Pero desde el 2006, este Código fuemodificado y ahora, se toma en cuenta el área techada de la vivienda.

Este nuevo código en la sección 050 denominada "cargas de circuitos y factores dedemanda" indica los factores de demanda o porcentajes de la potencia total que debentomarse como potencias máx imas para todo tipo de edificaciones como las viviendas,definidas como “ viviendas unifamiliares” con el fin de diferenciarlas de las viviendasen edificios por departamentos.

Cálculo del área techada

El primer valor a tener en cuenta es el área interior techada de la vivienda y, para ello elCNE-Utilización en la sección 050-110: Determinación de Áreas y Previsión de laDemanda Máx ima Total Cuando No Se Dispone de Información, nos indica que lasáreas de viviendas deben ser determinadas por las dimensiones interiores (áreastechadas) y que se deben calcular de la siguiente manera:

1. 100% del área del primer piso, más2. 100% del área de los pisos superiores, dedicados a viviendas, más.3. 75% del área del sótano.

Ejemplo 2.4

Cuál será el área total interior de la vivienda cuyas áreas interiores son las siguientes:

Primer piso: 70m2.

Segundo piso: 35m2.

Solución

A1=70.00m2

A2=35.00m2

AT=105.00m2

Ejemplo 2.5

Cuál es el área total de una vivienda que tiene las siguientes dimensiones: 8m defrontera y 25m de fondo.

Solución

No se pude determinar el área interior de esta vivienda, pues no se tiene información delos espesores de las paredes. Una solución es tomar el plano y medirlas o, la másrecomendable, solicitar al especialista que la indique en la información proporcionada.

Ejemplo 2.6

Cuál es el área total de una vivienda de dos pisos y un sótano que tiene las siguientesdimensiones: 8m de frontera y 25m de fondo, sabiendo que todas las paredes de la casatienen 0.20m de espesor incluyendo los acabados.

Solución

A1=(8m-0.4m) (25m-0.4m)

A1=186 96m2

Se indica 0.4m, porque la pared está en ambos lados del perímetro de la casa.

A2=(8m-0.4m) (25m-0.4m)

A2=186 96m2

As=0.75.(8m-0.4m) (25m-0.4m)

As=140 22m2

AT=A1+A2+As

AT=514.14m2.

En este ejemplo se ha considerado que toda el área es techada. Este cálculo se realizaen base a la información proporcionada por el especialista de estructuras y el arquitecto.

MD1: Máxima Demanda por Área Techada

En la sección 050-200 referida a "acometidas y alimentadores para viviendasunifamiliares", nos indica cómo obtener la mínima capacidad de corriente de losconductores de acometida o alimentadores para una vivienda unifamiliar y quecomprende considerar lo siguiente:

(i) Una carga básica de 2 500 W para los primeros 90 m2 del área de vivienda; más

(ii) Una carga adicional de 1 000 W por cada 90 m2, o fracción, en exceso de losprimeros 90 m2.

Ejemplo 2.7

Cuál es la máx ima demanda por área techada de la vivienda del ejemplo 1.6.

Solución

Primeros 90m2=2 500W

Nos queda=514.14m2-90m2=424.14m2

Por cada 90m2 o fracción en ex ceso=424.14m2/90m2=4.7

Como cada fracción debe tomarse como unidad, se toma 5.

Carga básica=2 500W

Carga adicional=(5)(1 000W)=5 000W

Máx ima Demanda por Área Techada=7 500W=7 5kW

Ejemplo 2.8

Cuál es la máx ima demanda por área techada de la vivienda de dos pisos, cuya áreainterior total es de 145m2.

Solución

Primeros 90m2=2 500W

Nos queda=145m2-90m2=55m2

Por cada 90m2 o fracción en ex ceso=55m2/90m2=0.6

Como cada fracción debe tomarse como unidad, se toma 1.

Carga básica=2 500W

Carga adicional=(1)(1 000W)=1 000W

Máx ima Demanda por Área Techada=3 500W=3 5kW

Ejemplo 2.9

Cuál es la máx ima demanda por área techada de la vivienda de dos pisos, cuya áreainterior total es de 75m2.

Solución

Primeros 90m2=2 500W

Por cada 90m2 o fracción en ex ceso=No hay ex ceso

Carga básica=2 500W

Carga adicional=0

Máx ima Demanda por Área Techada=2 500W=2 5kW

MD2: Máxima Demanda por Calefacción

La calefacción consiste en inyectar calor a un determinado ambiente para mantener unatemperatura adecuada para los habitantes de la misma. El aire acondicionado cumple lamisma función, pero quitando o removiendo calor. Ambos, tiene como objetivo brindaruna temperatura confortable a las personas.

La temperatura ex terna o del medio ambiente, dependiente de la localidad, varía a lolargo del año en valores, algo predecibles. El cuerpo humano, dependiendo de laactividad que realiza, necesita de una determinada temperatura y flujo de aire paramantenerse fresco y confortable.

No es parte de este cálculo determinar el tipo y potencia de los equipos calefactores ode aire acondicionado necesarios para un vivienda, ya que realizar este cálculo odiseño de climatización de la vivienda, dependen de varios factores tales como:orientación de la vivienda, dimensiones de los ambientes que se desea acondicionar,estructura y material que conforma la vivienda para determinar la inercia térmica,condiciones del entorno para evaluar efectos de sombra y calor, ventanas, puertas,escaleras, huecos verticales, cantidad de ocupantes, etc.

Por lo tanto, si la vivienda va tener climatización, es necesario que el especialista nosproporcione los datos de potencia y ubicación de los equipos de calefacción y aireacondicionado que se utilizarán.

Para suministrar energía eléctrica a estos equipos, se usa un circuito independiente, conel objetivo de tener un control ex clusivo sobre ellos para cuando se tenga de hacertrabajos de mantenimiento, reparación o cambios y no afectar el resto de instalacionesde la vivienda.

El cálculo de la máx ima demanda para este circuito de calefacción requiere saber si elsistema de calefacción tendrá control automático.

En caso no tenga control automático se debe considerar la suma de potencia de todoslos equipos. Es como considerar el factor de demanda igual al 100% .

Pero cuando están provistos de dispositivos de control automáticos de tipo termostato,en cada ambiente o área donde sometida a calefacción, la potencia que se debeconsiderar es la siguiente:

1. Los primeros 10kW de carga de calefacción conectada con un factor dedemanda del 100% , más

2. La carga restante de calefacción conectada, con un factor de demanda del75%

Para el caso de los equipos de aire acondicionado, se considerará la potencia total deellos. Es decir, un factor de demanda del 100% .

Por lo tanto tendremos una potencia por calefacción y una potencia por aireacondicionado. Es decir, una demanda para calentar los ambientes y otra demanda paraenfriarlos.

Como ambos estados no son coincidentes, sólo se usará uno de ellos en undeterminado momento, por lo que la máx ima demanda a considerar será el mayor valorde los dos.

Ejemplo 2.10

Cuál es la máx ima demanda por calefacción en una vivienda que se ha diseñado parainstalar un sistema de aire acondicionado de 4kW y un sistema de calefacción sincontrol automático de 6kW.

Solución

Demanda por Calor=6kW

Demanda por Frio=4kW

Se elige el mayor

La Máx ima Demanda por calefacción es de 6kW

Ejemplo 2.11

Cuál es la máx ima demanda por calefacción en una vivienda que tiene un sistema decalefacción no eléctrica y un equipo de aire acondicionado de 4kW.

Solución

Demanda por Calor=0

Demanda por Frio=4kW

Se elige el mayor

La Máx ima Demanda por calefacción es de 4kW

Ejemplo 2.12

Cuál es la máx ima demanda por calefacción en una vivienda equipada con uncalentador eléctrico de zócalos con control automático y un equipo de aireacondicionado de 4kW.

Solución

Calefactor con control automático=25kW

Primeros 10kW se toma el 100% =10kW

Carga restante se toma el 75% =(0.75).(25kW-10kW)=11 25kW

Demanda por Calor=21.25kW

Demanda por Frio=4kW

Se elige el mayor

La Máx ima Demanda por calefacción es de 21 25kW

Ejemplo 2.13

Calcular la Máx ima Demanda de una vivienda unifamiliar de dos pisos y un sótano quetiene 12 m x 10 m y las paredes ex ternas con grosor de 200 mm.La casa estará equipada con los siguientes equipos:Un calentador eléctrico de zócalos de 25 000 W con control automático.Una unidad de aire acondicionado de 3 000 W

Solución

a. Cálculo del Ár ea Techada

A1=(12m-0.4m) (10m-0.4m)

A1=111.36m2

Se indica 0.4m, porque la pared está en ambos lados del perímetro de la casa.

A2=(12m-0.4m) (10m-0.4m)

A2=111.36m2

As=0.75.(12m-0.4m) (10m-0.4m)

As=83 52m2

AT=A1+A2+As

AT=306 24m2.

b. Cálculo de la Máxima Demanda por Ár ea Techada

Primeros 90m2=2 500W

Nos queda=306.24m2-90.00m2=216 24m2

Por cada 90m2 o fracción en ex ceso=216 24m2/90m2=2.4

Como cada fracción debe tomarse como unidad, se toma 3.

Carga básica=2 500W

Carga adicional=(3)(1 000W)=3 000W

Máx ima Demanda por Área Techada=MD1=5 500W=5.5kW

c. Cálculo de Máxima Demanda por calefacción.

Potencia total del equipo calefactor=25 000W

Como tiene control automático, la potencia total a considerar debe calcular siguiendo elprocedimiento descrito.

Primeros 10kW de calefacción, al 100% =(1) (10kW)=10kW

Restantes (25kW-10kW) de calefacción, al 75% =(0.75)(15kW)=11 25kW

Demanda por Calor=21.25kW

Demanda por Frio=3kW

Se elige el mayor

La Máx ima Demanda por calefacción es de MD2=21.25kW

d. Máxima Demanda Total

MDT=MD1+MD2=5.5kW+21.25kW=26.75kW

MD3: Máxima Demanda por Cocina Eléctrica.

La tecnología de las cocinas eléctricas se ha desarrollado tanto en los últimos años quesu sistema se considera más cómodo, atractivo y hasta seguro. La ventaja de usarelectricidad para cocinar es que puede ser controlada de forma automática hasta elpunto de regularla o desconectarla de la fuente de tensión y así controlar el incrementode calor. Una forma muy sencilla de comprobarlo es con el hervidor eléctrico, que sedesconecta cuando el agua ha llegado a temperaturas superiores a los 100 C.

Las cocinas eléctricas modernas, son las vitrocerámicas que utilizan un sistema decocción mediante un vidrio entre la fuente de calor y el recipiente al cual se le vatransferir el calor. Este sistema es más cómodo de limpiar y cuentan con indicadores decalor. Este sistema es más preciso y, por supuesto, más rápido.

Una de las más modernas es la cocina de inducción que no usan resistencias comomedio para generar calor, pues lo hacen a través de un campo magnético. Estas cocinasse fabrican con quemadores que consumen potencias que varían entre 1250W a 3000W.Por lo tanto una cocina eléctrica puede llegar a tener una potencia instalada, en suscuatro quemadores, de 5 000W hasta 12 000W.

El código nacional de electricidad indica que se debe considerar 6 000W para cocinaúnica, más el 40% de la cantidad en la que la potencia de dicha cocina ex ceda los 12000W.

Si en el diseño de una vivienda, es necesario considerar la carga de una cocinaeléctrica, es muy importante considerar la mayor posibilidad de uso que sería la sumade potencias de todos los quemadores. El resto de potencia que puede estarconsiderada en la ampliación de quemadores y horno se le debe aplicar el porcentajedel 40% , teniendo en cuenta que la posibilidad de usar horno y quemadores al mismotiempo no es común.

Ejemplo 2.14

Calcular la Máx ima Demanda por cocina eléctrica de una vivienda que será equipa conuna única cocina eléctrica cuya potencia total incluyendo horno y quemadores es de 8000W.

Solución

Cocina única=6 000W

Ex ceso de 12 000W=0

La Máx ima Demanda por cocina eléctrica es de 6kW

Ejemplo 2.15

Calcular la Máx ima Demanda por cocina eléctrica de una vivienda que será equipa conuna única cocina eléctrica cuya potencia total incluyendo horno y quemadores es de 16000W.

Solución

Cocina única=6 000W

Ex ceso de 12 000W=(0.4)(4 000W)

La Máx ima Demanda por cocina eléctrica es de 7.6kW

MD4: Máxima Demanda por Calentadores de Agua.

Usar agua caliente en el aseo tiene sus ventajas. Un baño es relajante y usarlo en ellevado de utensilios, durante épocas de invierno disminuye los efectos negativos sobrelas articulaciones. Muchas viviendas deben considerar en el diseño de susinstalaciones calentadores de agua para la ducha, baños, piscina y lavavajillas.

Para este caso se debe considerar la potencia total de estos artefactos, pues cuandofuncionan lo hacen hasta lograr su potencia máx ima y, si tienen sistema deautomatización, estos sólo se encargan de mantener el agua caliente, siempre.

No haremos ejemplos en esta parte, porque sólo hay que sumar el valor de esaspotencias a nuestra demanda total como MD4.

MD5: Máxima Demanda por Cargas Adicionales.

Las cargas adicionales son los artefactos que no son de uso general en una vivienda yque suman mayor potencia a la que normalmente se usa. Por ejemplo, un porteroeléctrico para puerta de casa o de cochera.

Para calcular esta potencia, se debe tener en cuenta si el diseño de las instalaciones

eléctricas considera una cocina eléctrica, debido a que este equipo, que tiene unconsiderable consumo, no siempre está en funcionamiento y su uso no es simultáneocon la demanda total de la casa.

Por lo tanto su cálculo incluye dos opciones: Cuando se ha considerado cocinaeléctrica y cuando no se ha considerado.

Para realizar este cálculo se deben tomar todas las cargas adicionales y separarlas engrupos de cargas menores o iguales y, mayores a 1 500W.

CASO1: Cuando el diseño contempla una cocina eléctrica.

Se deben tomar todas las cargas mayores a 1 500W con un factor de demanda del 25% .

Y, las cargas menores o iguales a 1 500W, se deben tomar con un factor de demanda de100% .

Ejemplo 2.16

Calcular la Máx ima Demanda por cargas adicionales de una vivienda que será equipacon:

- Cocina Eléctrica de 8 000W.- Secador de ropa de 3 000W- Electrobomba de agua de 747W- Puerta levadiza de 373W

Solución

El ejemplo es para calcular sólo lo referente a las cargas adicionales. La indicación dela cocina eléctrica es para tener en criterio de aplicar el cálculo.

Como podemos ver, el secador de ropa es la única carga adicional con potencia mayor a1 500W, por lo tanto esta se considerará con un factor de demanda del 25% y las cargasmenores con el 100% .

Cargas > 1 500W = (0.25).(3 000W) = 750W

Cargas =< 1 500W= (1.0) (747W) + (1.0).(373W) = 1 120W

La Máx ima Demanda por cargas adicionales es de 1 870W

CASO2: Cuando el diseño no contempla cocina eléctrica.

Se deben tomar todas las cargas mayores a 1 500W con un factor de demanda del100% , hasta llegar a los 6 000W como máx ima. Toda la carga que supere ese valor sedebe considerar al 25% .

Y, las cargas menores o iguales a 1 500W, se deben tomar con un factor de demanda de100% .

Ejemplo 2.17

Calcular la Máx ima Demanda por cargas adicionales de una vivienda que no tienecocina eléctrica y será equipa con:

- Secador de ropa de 3 000W- Electrobomba de agua de 747W- Puerta levadiza de 373W

Solución

El ejemplo es similar al anterior, pero varía en que no tiene cocina eléctrica.

Como podemos ver, el secador de ropa es la única carga adicional con potencia mayor a1 500W, por lo tanto, para este caso, esta se considerará con un factor de demanda del100% y las cargas menores con el 100% .

Cargas > 1 500W = (1.0).(3 000W) = 3 000W

Cargas =< 1 500W= (1.0) (747W) + (1.0).(373W) = 1 120W

La Máx ima Demanda por cargas adicionales es de 4 120W

Ejemplo 2.18

Calcular la Máx ima Demanda por cargas adicionales de una vivienda que no tienecocina eléctrica y será equipa con:

- Secador de ropa de 3 000W- Iluminación de piscina de 5 000W- Electrobomba de agua de 747W- Puerta levadiza de 373W- Triturador de desperdicios de 500W

Solución

Se ha modificado la carga para aplicar todas las recomendaciones del caso de unavivienda que no tiene cocina eléctrica.

Como podemos ver, ahora, tenemos dos cargas mayores a 1 500W: el secador de ropa yla iluminación de la piscina. En este caso se considerará un factor de demanda del100% pero hasta 6 000W y las cargas restantes con el 25% .

Cargas > 1 500W = 3 000W + 5 000W = 8 000W

Esta carga se partirá entre el valor máx imo que debemos tomar al 100% y lo restante al25% . Por lo tanto, tenemos:

Factor de demanda al 100% hasta 6 000W.

La carga restante, al 25% = (0.25).(8 000W – 6 000W)=500W

Cargas =< 1 500W= (1.0) (747W) + (1.0).(373W) + (1.0).(500W) = 1 620W

La Máx ima Demanda por cargas adicionales es de:

6 000W + 500W + 1 620W = 8 120W

MDT: Máxima Demanda Total.

Esta es la suma de todas las máx imas demandas calculadas.

Es decir:

MDT=MD1+MD2+MD3+MD4+MD5

Carga Máxima

La carga o corriente máx ima se calcula teniendo en cuenta los siguientes datos:

1. Tipo de conex ión de la vivienda. Para el caso que se trata en este tex to esuna acometida monofásica.

Lo de monofásica se refiere a una conex ión eléctrica que lleve un soloconductor o fase. Esto es correcto eléctricamente, ya que la otra fase esel neutro y eléctricamente se considera que la corriente que pasa por éles cero.

2. Tensión en el punto de entrega de la vivienda, llamado punto de conex iónque debe ser igual a la tensión nominal que para nuestro caso será de220V. Este valor no es del todo correcto, pero debido a la ex istencia de lanorma técnica de la calidad de los servicios eléctricos, la tensión de

cualquier suministro eléctrico para viviendas debe ser de 220V con unatolerancia de +- 5% . Para efectos del cálculo se usará la tensión nominal.

3. Factor de potencia. En este caso se debe considera superior a 0 95, peronunca 1. La razón es que para cualquier tipo de instalación eléctrica esmuy difícil que todas las cargas que se conecten en la vivienda seantotalmente resistivas.

Para entenderlo un poco, mencionaremos algunas cargas que no sonresistivas por tener bobinas para funcionar o componentes electrónicoscomo condensadores. Estas son, por ejemplo: Licuadora, lavadora,lámparas ahorradoras, lámparas fluorescentes, computadoras, celulares.

4. Relación matemática de la potencia monofásica. Como la máx ima demandaviene ex presada en vatios, se trata de la potencia activa y su fórmula esla siguiente:

P=V.I.fp

Que reemplazando P por MDT, tenemos:

MDT=V.I.fp

Ejemplo 2.19

Calcular la carga máx ima de una vivienda cuya máx ima demanda total es de 8120W.

Solución

MDT=V.I.fp

8 120W=(220V).(I).(0.95)

Despejando

I=8 120W/(220V).(0.95)

I=8 120W/209V

I=38.85 Amperios.

Por lo tanto, la carga máx ima es de 39 Amperios.

Cabe indicar que para efectos de cálculos de la carga máx ima, los decimales no sonimportantes mantenerlos. Ya lo veremos en la selección de los conductores. Por estarazón se usa el redondeo al entero mayor.

Ejemplo 2.20

Calcular la carga máx ima de una vivienda cuya máx ima demanda total es de 12kW.

Solución

MDT=V.I.fp

12 000W=(220V).(I).(0.95)

Despejando

I=12 000W/(220V).(0.95)

I=12 000W/209V

I=57.42 Amperios.

Por lo tanto, la carga máx ima es de 57 Amperios.

Cabe indicar que para efectos de cálculos de la carga máx ima, los decimales no sonimportantes mantenerlos. Ya lo veremos en la selección de los conductores. Por estarazón se usa el redondeo al entero mayor.

Carga Mínima.

El Código Nacional de Electricidad, indica que para el cálculo de la carga máx ima deuna vivienda el valor mínimo que debe tomarse es de 40 Amperios.

Ejemplo 2.21

Calcular la carga máx ima de una vivienda cuya máx ima demanda total es de 7500W.

Solución

MDT=V.I.fp

7500W=(220V) (I) (0 95)

Despejando

I=7 500W/(220V).(0.95)

I=7 500W/209V

I=35.89 Amperios.

Como la carga mínima debe ser de 40 Amperios, se tomará este valor.

¿Es muy alta la máxima demanda?

El resultado de este cálculo es, para algunas viviendas, alto. Pero debe tener en cuentaque este cálculo se usará para dimensionar los conductores y es muy importante quelos conductores nunca funcionen al límite de su corriente nominal.

En muchas instalaciones de viviendas que ya están operando, el valor de su máx imapotencia real, es menor al valor calculado en el proyecto y, eso es bueno en realidad. Setiene la seguridad que los conductores están funcionando de forma adecuada. Tenga encuenta que los conductores una vez instalados en su vivienda, nunca más podrá verlos,ni tocarlos. Así que no sabrá en que momento están sobrecalentándose.

Una recomendación para realizar el cálculo de sus instalaciones de forma más ex actaes conocer que artefactos formarán parte del equipamiento de su hogar y la forma comohará uso de ellos. El objetivo no es usar una potencia menor, sino de realizar laselección de conductores de forma segura. Pero esto es complicado, pues los artefactosde una vivienda cambian con el tiempo y su forma de uso dependen de factores que vanasociados a las actividades de las personas, las cuales siempre son variables.

Vemos un ejemplo donde usamos una carga inferior a la indicada como mínima por elCódigo Nacional de Electricidad.

Un conductor de sección de 14 AWG puede conducir, a temperatura ambiente, 25amperios. Esto, en una fuente de tensión de 220V y un factor de potencia unitario (fp=1)forma un circuito que puede suministrar energía eléctrica hasta una potencia máx ima de5 5 kW. Es decir, sólo podemos conectar artefactos que no superen ese valor.

Si una vivienda tiene un circuito con un conductor 14 AWG y conecta; un calentador deagua que consume 2 5 kW, una plancha de 1 kW, una cafetera eléctrica de 1 5 kW, unmicroondas de 1.2 kW y un hervidor eléctrico de 1.5 kW y, pone a funcionar todos de

forma simultánea, el circuito eléctrico de esta vivienda estará consumiendo 7.7kW. Estevalor es 40% superior a lo que el conductor puede soportar de forma normal o nominal.Esto quiere decir que el conductor está operando de forma anormal o defectuosa, estáelevando su temperatura y si el funcionamiento de esos artefactos no se detiene o serepite de forma periódica puede averiar el aislamiento.

Por esta razón es muy importante que la máx ima demanda que se calcula paraseleccionar los conductores, sea superior a la potencia que en algún momento vaconsumir la vivienda.

Otra consideración importante es que la máx ima demanda es una información con lacual la empresa concesionaria puede dimensionar sus instalaciones para evitarinconvenientes de operación. Con ese valor que proporcionamos a la concesionaria,debe acondicionar sus redes para que puedan asumir esa máx ima potencia en algúnmomento. En diciembre del 2013, la provincia de Buenos Aires en Argentina se quedósin energía eléctrica por varias semanas. La causa, según alcances de los medios decomunicación, fue el incremento del consumo de potencia producto de una ola de calorque generó un uso simultáneo de equipos de aire acondicionado y, para lo cual noestaban acondicionadas las redes eléctricas de la ciudad.

3. Cálculo Dos: La Caída de Tensión

3.1 Caída de Tensión.

Se denomina caída de tensión a la disminución de la tensión que ocurre en los circuitosde una vivienda. Esta se calcula desde el punto de suministro de energía eléctrica hastael tablero general de la vivienda.

En cálculo de la caída de tensión de cada circuito también es posible calcular tomandola mayor longitud que tenga.

La tensión con la cual se deben abastecer de energía eléctrica todas las viviendas ennuestro País debe ser de 220V, con circuitos eléctricos formados por dos conductores(fase + neutro). A este circuito se le denomina monofásico y a la tensión se le llamatensión nominal y se representa generalmente como Vn. Por lo tanto a partir de ahorapodemos tomar a Vn=220V, a menos en este tex to, que quiere decir que la tensiónnominal monofásica es de 220 voltios.

3.2 Caída de Tensión según la NTCSE

La norma denominada NTCSE (Norma Técnica de la calidad de los Servicios Eléctricos)establece que la buena calidad de suministro eléctrico es aquella donde la tensión varíadesde un valor máx imo igual 5% sobre la tensión nominal (220V + 5%Vn) que es de231V, hasta un valor mínimo igual al 5% por debajo de la tensión nominal (220V –5%Vn) que es de 209V. Valores de tensión fuera de ese rango, se reportan como casosde mala calidad de producto y las empresas concesionarias son obligadas a pagar unmonto de compensación por ella a los usuarios afectados.

Para el diseño de instalaciones eléctricas, se parte de la condición inicial, supuesta,que la tensión en el punto de suministro o de entrega de la energía eléctrica es de 220V.El punto de entrega es el lugar donde la acometida, que suministrará energía eléctrica ala vivienda, se conecta a la red de distribución de la empresa concesionaria.

Para la norma de conex iones eléctricas en baja tensión el término “ Acometida” es la“ Derivación que parte de la red de distribución eléctrica para suministrar energía a lainstalación del usuario” .

El Código Nacional de Electricidad - Suministro amplía esta definición y considera a laacometida como parte de una instalación eléctrica comprendida entre la red dedistribución (incluye el empalme) y la caja de conex ión y medición o la caja de toma.

Esta tensión, desde el punto de entrega, disminuye poco a poco a lo largo del recorridode las instalaciones eléctricas (circuito eléctrico) interiores de la vivienda. Este circuitoeléctrico está formado por conductores y artefactos eléctricos. A esta disminución de latensión se le llama caída de tensión y se representa generalmente por un triángulo juntoal símbolo del voltio (∆V). Por lo tanto ∆V = ± 5%Vn, que indica que la caída ovariación de tensión debe estar entre el +5% y -5% de la tensión nominal.

Teniendo los valores de la tensión en cualquier punto de un circuito, podemos calcularla caída de tensión. Para ello se realiza la siguiente operación:

∆V = (V-Vn)/Vn

Donde:

V: tensión en cualquier punto del circuito.

Si queremos conocer en porcentaje será:

∆V (% ) = 100*(V-Vn)/Vn (% )

Ejemplo 3.1

Al medir la tensión en el punto de entrega o en un punto cercano a él, como la borneradonde se conecta el contador de energía eléctrica que se ubica en el límite de propiedadde la vivienda, encontramos que la tensión es de 204V. ¿Cuál es la calidad desuministro de energía eléctrica de la vivienda?

SOLUCION

Vn = 220V

V = 204V

∆V = (204V – 220V)/220V = -16/220 = -0.073 = -7.3% Vn

RESPUESTA: El suministro de energía eléctrica de la vivienda, tiene mala calidad, puessu valor es 7.3% inferior al valor nominal y por debajo de lo que indica la NTCSE.

Este valor de 204 Voltios, es muy interesante. Fíjese, sí usted se toma el trabajo de vercuál es el valor mínimo de tensión que soportan todos los artefactos de su vivienda,notará que en la mayoría de ellos es de 200 Voltios, lo cual nos deja un poco detranquilidad. Pues a pesar de que la calidad es mala y los rangos fuera de la que indicanlas normas legales del sector eléctrico, nuestros artefactos estarán a salvo. Esto,también indica que la norma al ex igir esos rangos, que debe respetar la empresaconcesionaria, es una medida de protección a nuestros artefactos.

Procedimiento para Calcular la caída de tensión

Para calcular la caída de tensión en un circuito eléctrico se tiene tres formas:

1. Conociendo los valores de la tensión en los ex tremos del circuito. Paralograr esto se realizan medidas directas con un instrumento llamadovoltímetro.

2. Conociendo; la tensión en el punto de entrega, la corriente o potencia queconsumen los equipos que conforman el circuito eléctrico y, lascaracterísticas físicas del conductor, tales como la sección, longitud yresistividad.

3. Conociendo la tensión en el punto de entrega y la tabla de especificacionestécnicas del conductor que se va usar en la instalación. Estasespecificaciones varían, ligeramente, de un fabricante a otro, por lo cual,para nuestro caso, se toman las que indica el código nacional deelectricidad, que proporciona tablas con valores recomendados.

La primera forma se aplica cuando la vivienda ya cuenta con un suministro de energíaeléctrica. La segunda, cuando se va realizar un diseño preliminar y, la tercera cuando seva desarrollar un proyecto.

El ejemplo 2.1 corresponde al primer caso.

Para el segundo caso, vamos a definir resistividad que es una propiedad importante enlos conductores eléctricos.

Resistividad

Es la propiedad que tiene todo material de oponerse al paso de la corriente eléctrica. Elsímbolo que se usa es la letra griega “ rho” y que se escribe “ ρ” . Su unidad de media esel Ω-m (ohmio-metro) y se calcula de la siguiente manera:

ρ=R.S/L

O también se puede escribir, con respecto a R, de la siguiente manera:

R=ρ.L/S

Donde:

ρ: Resistividad en Ω-m

R: Resistencia en Ω

L: Longitud en m.

S: Área en mm².

En las instalaciones eléctricas se usan los conductores de cobre y la resistividad delcobre recocido o temple blando a 20 C es de 0.01724Ω.mm²/m.

Para otros materiales como el aluminio y la palta, la resistividad se muestra en lasiguiente tabla.

Ítem Mater ial Resistividad

1 Plata 0.0159

2 Cobre 0.0172

3 Aluminio 0.0282

Debido a que el Código Nacional de Electricidad, ex ige el uso de cobre en lasinstalaciones eléctricas de baja tensión, todos los ejemplos se desarrollarán tomandoese material. Sin embargo, puede desarrollar cálculos con el conductor de aluminio yrealizar algunas evaluaciones interesantes especialmente para el tema de costos, puesel aluminio es menos costoso.

Ejemplo 3.2

Calcular la resistencia de un conductor de cobre que tiene 15m de longitud y unasección de 2.5mm².

SOLUCION

R = ρ L/S = 0.01724*(15m)/2.5mm² = 0.10344Ω

RESPUESTA

La resistencia es de 0.10344 ohmios, es decir, menor de un ohmio, lo cual es un valormuy pequeño.

Ejemplo 3.3

Calcular la resistencia de un conductor de cobre que tiene 15m de longitud y unasección de 10mm².

SOLUCION

R = ρ L/S = 0.01724*(15m)/10mm² = 0.02586Ω

RESPUESTA

La resistencia es de 0.02586 ohmios, es decir, mucho menor de una décima parte de unohmio, lo cual es un valor más pequeño que el anterior.

Estos dos ejemplos muestran casos reales. La sección del conductor de 2 5mm² es elmás común y la sección mínima que puede utilizarse según el Código Nacional deElectricidad para circuitos alimentadores o principales. La longitud, esaprox imadamente la que se tiene en una casa de 20m de longitud, pues el tablero no seubica en la parte final de la vivienda, sino en la cocina que está en la parte media de lavivienda.

Para el tercer caso, se utiliza el catálogo del fabricante. Aquí se tiene la desventaja quemuchos fabricantes no brindan el valor de la resistencia para conductores de pequeñocalibre, por ser un valor muy pequeño, tal como se puede apreciar en el resultado de losejemplos 2 2 y 2.3.

Otra razón es que siendo la resistencia muy pequeña, la caída de tensión en unavivienda, donde los circuitos son de unos cuantos metros de longitud, resulta de pocointerés para el diseño.

Pero, hay algunos fabricantes como Phelps Dodge que en su catálogo par el conductorde cobre del tipo THHN, por ejemplo, muestra sus valores de resistencia que se hanreproducido n en la siguiente Tabla

ÍtemCalibr e

AWG

Sección

mm²

Diámetr o

mm

Peso

Kg/km

Resistencia a30°C en cd

Ω/km

1 14 2.08 2.59 23 8.81

2 12 3.31 3.02 34 5.57

3 10 5.26 3.81 55 3.49

4 8 8.37 5.04 89 2.19

5 6 13 30 5.89 136 1.37

Como se pude apreciar, la resistencia está dada por km de conductor, para que la cifra

sea un número entero y no un decimal tan pequeño como el que calculamos en losejemplos anteriores.

Ejemplo 3.4

Determine la diferencia de resistencia del conductor THHN 14 AWG Phelps Dodge, pormedio de la fórmula de resistividad y haga la comparación con el valor del catálogoindicando las justificaciones.

SOLUCION

R = ρ L/S = 0.01724*(1000m)/2.08mm² = 8.288Ω

RESPUESTA

El valor obtenido con la resistividad del cobre recocido o temple blando es de 8 29Ω yen la tabla de Phelps Dodge indica 8.81Ω

La diferencia entre ambos valores es del orden del 0.5Ω que representa el 6%aprox imadamente y se ex plica por la diferencia de temperaturas. La resistividad delcobre es a 20 C y la resistencia de Phelps Dodge es a 30 C.

La recomendación es tomar el valor de la resistencia más alta que para este ejemplosería el que se muestra en la tabla del fabricante.

Ejemplo 3.5

Determine el porcentaje de diferencia de resistencia del conductor THHN 6 AWG PhelpsDodge, por medio de la fórmula de resistividad y el valor del catálogo.

SOLUCION

R = ρ L/S = 0.01724*(1000m)/13.30mm² = 1.319Ω

RESPUESTA

El valor obtenido con la resistividad del cobre recocido o temple blando es de 1 32Ω yen la tabla de Phelps Dodge indica 1 37Ω. El porcentaje de diferencia es de 4% .

3.3 Caída de Tensión según CNE.

El Código Nacional de Electricidad Utilización establece los mismos límites de caída detensión, tanto para los conductores de los alimentadores, como de los circuitosderivados en instalaciones eléctricas de baja tensión.

Conductor o Cir cuito Alimentador.

Para el circuito formado desde el contador de energía hasta el tablero general de lavivienda, la caída de tensión no debe ser mayor del 2,5% .

Esta caída de tensión es para garantizar que la máx ima caída de tensión que seobtenga en las redes eléctricas de la empresa concesionaria, más la caída de tensiónde la acometida de la vivienda, se mantenga por encima de los valores mínimos que losfabricantes de los artefactos eléctricos garantizan.

Si lo vemos en números tenemos que el 7 5% de la tensión nominal equivale a 16.5Voltios, lo que deja a nuestro tablero principal con una tensión mínima de 203 5 Voltios(220V-16 5V). Un valor ligeramente superior a lo que necesita como mínimo un artefactoelectrodoméstico para que funcione de acuerdo a las especificaciones del fabricante.

Conductor o Cir cuito Der ivado.

Para el circuito formado desde el contador de energía hasta el tomacorriente más alejadodel circuito derivado más largo no debe ser mayor del 4% .

Esta caída de tensión debe ser calculada utilizando la carga conectada al circuito, esdecir, con el valor de la corriente determinada según el procedimiento de cálculo de lamáx ima demanda.

Esta caída de tensión es, en realidad, el límite para los artefactos o equipos eléctricos.Me refiero a los más comunes.

Si lo vemos en números tenemos que el 9% de la tensión nominal equivale a 19.8Voltios, lo que deja a nuestro artefacto o equipo más alejado con una tensión mínima de200 2 Voltios (220V-19.8V). Un valor casi igual a lo que necesita como mínimo unartefacto electrodoméstico para que funcione de acuerdo a las especificaciones delfabricante.

Actualmente y gracias a la globalización muchos artefactos son fabricados parafuncionar en frecuencias de 50 y 60 Hz y en tensiones que van desde los 110 voltioshasta los 240 voltios, como la placa que se muestra en la figura adjunta que pertenece a

Ejemplo 3.6

Desde el contador de energía hasta el tablero principal de una vivienda hay 20m delongitud total, incluyendo curvas, subidas y bajadas. Se ha utilizado conductor THHNPhelps Dodge 10AWG y la corriente máx ima que pasará es de 15 amperios. Calcular elporcentaje de la caída de tensión.

SOLUCION

Vn = 220V (asumido)

R = 3.49Ω/km (de catálogo de Phelps Dodge).

L = 20m

I = 15 A.

∆V = I R L = (15)*(3.49/1000)*(20) = 1.047V

La Resistencia se divide entre 1000, para convertir la unidad de kilometro a metros ydesarrollar el cálculo con las unidades adecuadas.

∆V (% ) = ∆V/Vn = 1.047*100/220 = 0.5%

RESPUESTA

El porcentaje de la caída de tensión es de 0.5% .

Ejemplo 3.7

Desde el contador de energía hasta el tablero principal de una vivienda hay 25m delongitud total incluyendo curvas, subidas y bajadas. Se ha utilizado conductor THHNPhelps Dodge 10AWG. Calcular la cantidad de corriente máx ima que debe pasar por elconductor para que la caída de tensión no sea mayor del 2% .

SOLUCION

Vn = 220V (asumido)

R = 3.49Ω/km (de catálogo de Phelps Dodge).

L = 25m

∆V (% ) = 2%

∆V = ∆V (% )*Vn/100 = 2*220/100 = 4.4V

I = ∆V*1000/(L*R) = 4.4*1000/(25*3.49) = 50.4 A.

Nuevamente, en este ejemplo, el valor de 1000 es para convertir los kilómetros a metros,tal como se indicó en el ejemplo anterior.

RESPESTA

La corriente máx ima que debe pasar por el conductor es de 50.4 amperios.

4. Cálculo Tres: Cantidad de Circuitos.

El Código Nacional de Electricidad establece una cantidad mínima de circuitos para unavivienda en función de su máx ima demanda.

Con MD ≤ 3 kW

Dos circuitos derivados: uno para alumbrado fijo y otro para tomacorrientes con laposibilidad que un interruptor automático instalado en el tablero sirva para la protecciónde estos dos. En este caso, el interruptor automático debe garantizar la protección de losconductores de cada uno de los ramales principales de manera independiente.

Con 3 kW < MD ≤ 5 kW

Dos circuitos derivados: uno para alumbrado fijo y otro para tomacorrientes con laposibilidad de que sean tres y donde un interruptor automático instalado en el tablerosirva para la protección sólo dos de ellos. En este caso, el interruptor automático debegarantizar la protección de los conductores de cada uno de los ramales principales demanera independiente.

Con 5 kW < MD ≤ 8 kW

Tres circuitos derivados con la posibilidad de que sean cuatro y donde un interruptorautomático instalado en el tablero sirva para la protección sólo dos de ellos. En estecaso, el interruptor automático debe garantizar la protección de los conductores de cadauno de los ramales principales de manera independiente.

Haciendo un promedio de las recomendaciones anteriores, tenemos que un circuitopuede tener como potencia máx ima 2 kW.

Estos 2 kW son de mucha utilidad para seleccionar la mínima sección de losconductores, la cual no debe ser menor de 2 5mm2 según lo ex ige el Código Nacionalde Electricidad.

4.1 Carga ideal para un circuito

Es importante que los circuitos funcionen con potencias que sean comerciales. Es decir,que tengan mayor demanda en el mercado, para que el costo del suministro enconductores y dispositivos de protección sea el mínimo posible. Esto se debe buscarsin descuidar la calidad de los materiales. Lograr un menor costo no significa comprarlos productos más baratos.

Una corriente en un circuito derivado mayor a 19 5 amperios, por ejemplo, va requerir deconductores y equipos de protección más robustos y comercialmente más costosos. Porotra parte, un circuito derivado menor de 4 amperios, resulta demasiado pequeño y sucosto de implementación sería alto, pues los conductores y equipos de protecciónhabría que sobredimensionarlos.

Para tener una mejor idea, he preparado la siguiente tabla donde se muestra la máx imacorriente que podría tener un circuito para diferentes potencias y la sección de conductornecesario para atender esa carga de forma normal. Se ha considerado una fuente detensión constante de 220V y un factor de potencia de 0.95.

Las secciones han sido tomadas de la Tabla 2 del CNE-Utilización para el modelo deinstalación empotrado en pared de concreto y con conductor dentro de tubo de PVC.

Potencia

(kW)

Corriente

(A)

Sección

(mm2)

1 4.78 1.5

2 9 57 1.5

3 14.35 1.5

4 19.14 2.5

5 23.92 4.0

6 28.71 6.0

7 33.49 6.0

8 38.28 10.0

9 43.06 10.0

Intencionalmente he sombreado una parte de este cuadro para resaltar que esassecciones de conductor son las más usadas y, por lo tanto, las que tienen mejoresventajas económicas.

Si miramos la columna de “ Potencia” , se pude apreciar que al tener un circuito con unapotencia de 4kW se va requerir el uso de un conductor con una sección de 2.5mm2.Esta sección en el sistema americano equivale a 14AWG que es la sección que más sevende y usa en instalaciones eléctricas para viviendas. Por esta razón es recomendableseparar los circuitos en cargas menores a 19.5 Amperios con el objetivo de no superarlos 4kW de potencia.

Las recomendaciones establecidas por Código y descritas en la primera parte de estecapítulo nos indican que el promedio que debemos manejar es de 2kW, lo cualconcuerda con este análisis.

Si usamos los 2kw o 3 kW, teóricamente podríamos usar un conductor con una secciónde 1.5mm2. Pero, el Código, que es el marco legal de las instalaciones eléctricasrestringe esta sección a un valor mínimo de 2 5mm2. Lo cual le brinda a la vivienda unamayor seguridad para la operación y protección de sus instalaciones.

4.2 Carga para un circuito de alumbrado

Las cargas de alumbrado son más pequeñas aún. Si en un circuito se consideran todaslas lámparas del primer nivel de una vivienda y consideramos una vivienda formada por4 o 5 habitaciones con unas 12 lámparas de 25 vatios cada una, tendríamos unapotencia total posible, en un solo circuito de alumbrado de 300W ó 0.3kW, que con unafuente de 220V y una fp=0 95, nos daría una corriente máx ima de 1.44 Amperios. Unconductor de 1 5mm2 sería suficiente.

El cálculo anterior es una aprox imación muy real a la carga de alumbrado de unavivienda, ex cepto aquellas que dentro de su arquitectura han considerado otros tipos deiluminación que harían incrementarse esta potencia. Considero que, con las nuevastecnologías LED para alumbrado, llegar a 1kW en una vivienda de dos niveles para unafamilia promedio, es casi imposible, por lo que tomar 0.5kW como carga de un circuitode alumbrado es una aprox imación muy certera.

4.3 El circuito estabilizado

Las viviendas actualmente hacen uso de muchos artefactos que funcionan gracias acircuitos electrónicos cuya sensibilidad a la variación de la tensión es alta.

La tensión que llega a una vivienda depende de las demás viviendas que se encuentranconectadas al mismo circuito de distribución de la red eléctrica ex terna que espropiedad del concesionario.

Dependiendo de la cantidad de artefactos que se conecten en cada vivienda, la tensiónde la red variará. En forma específica mientras mayor sea la potencia que se conecta odesconecta, la variación de la tensión será más alta. Ex iste una relación directa entre lavariación de tensión y la variación de consumo. Cada vez que usted enciende unalámpara, está generando una pequeña variación de tensión. Para suerte, las cargas sontan pequeñas que esta variación no es muy nociva o perjudicial.

Los artefactos electrónicos como televisores, computadoras, equipos de sonido,lámparas y todos aquellos que tienen circuitos electrónicos o tarjetas electrónicasfuncionan mejor y duran más si la fuente de tensión permanece constante o convariaciones mínimas.

Una forma de lograr mantener esta tensión es instalando un estabilizador para todosestos artefactos sensibles a las variaciones de tensión mediante un circuito ex clusivopara ello. A este circuito por tener este dispositivo de control se denomina “ circuitoestabilizado” .

Donde instalar c ir cuitos estabilizados.

En la sala por el televisor, equipo de sonido, reproductores de video y por lascomputadoras portátiles que algún momento pueden llevarse hasta este lugar.

En la sala de estudio, por ser el lugar donde se encuentran la mayor cantidad de equipossensibles como computadoras.

Los demás ambientes como la cocina, lavandería y baños, son lugares donde no esnecesario instalar circuitos estabilizados, pues los equipos como licuadora, lavadora yotros usan motores que son muy resistentes a las variaciones de tensión.

Un circuito estabilizado requiere cambiar la forma como se han venido construyendo losespacios para los tableros eléctricos de las viviendas, pues los estabilizadores sonequipos que en volumen equivalen a varios interruptores automáticos juntos.

En la siguiente imagen se muestra una variedad de potencia de estabilizadores con susrespectivas dimensiones y que se pueden tomar como referenciales para dimensionar eltablero. Estas dimensiones deben ser validas una vez se tenga definida la marca ypotencia del estabilizador a usar.

ÍtemPotencia

(kVA)

Dimensiones

(Fondo/Ancho/Largo)

1 0 3 280mm/210mm/185mm

2 0 3 280mm/210mm/185mm

3 1 280mm/210mm/185mm

4 2 390mm/250mm/195mm

5 3 390mm/250mm/195mm

6 4 5 460mm/300mm/220mm

7 6 540mm/330mm/500mm

8 9 540mm/330mm/500mm

9 12 540mm/330mm/500mm

10 15 540mm/330mm/500mm

11 20 840mm/450mm/620mm

12 25 840mm/450mm/620mm

13 30 840mm/450mm/620mm

14 40 840mm/450mm/620mm

Para poder dimensionar el tamaño del estabilizador a usar, se debe hacer una lista delos equipos que se conectarán al circuito estabilizado, sumando sus potencias. Coneste valor se debe seleccionar un estabilizador de potencia mayor a la requerida yproteger el circuito con su respectivo interruptor automático.

4.4 Circuitos por Niveles

No todas las viviendas son de un solo nivel, piso o planta. El desarrollo de laconstrucción y la sobrepoblación de las grandes ciudades han generado escases deviviendas grandes y amplias. Los edificios con departamentos en su gran mayoríaofrecen viviendas además de pequeñitas, de un solo nivel o piso.

Este tex to no está destinado a las instalaciones eléctricas de edificios paradepartamentos de viviendas, pero mucha de la información y recomendaciones que aquíse comparte en aplicable para las viviendas que conforman esos edificios.

Cuando se trata de vivienda con más de un nivel, por seguridad y facilidad de acceso alos dispositivos de protección es recomendable instalar un tablero en cada uno de ellos.Con esto se logra conectar o desconectar circuitos de la primera o segunda planta onivel, de forma independiente.

No es recomendable, correr el riesgo, de subir o bajar escaleras para maniobrar estosdispositivos de protección en momentos en que nuestras instalaciones han fallado y lailuminación es escaza o nula.

Ejemplo 4.1

La máx ima demanda de una vivienda es de 8kW, determinar la cantidad de circuitosmás adecuada.

Solución

Numero de circuitos=MD/2kw=8kW/2kW=4

Pero según la norma es suficiente con tres circuitos.

Para esta vivienda recomendaría instalar tres circuitos de la siguiente forma:

- 01 circuito de alumbrado- 01 circuitos de tomacorriente para los artefactos y equipos de fuerza- 01 circuito estabilizado para los artefactos y equipos sensibles.

Ejemplo 4.2

La máx ima demanda de una vivienda de dos plantas es de 8kW, incluyendo la terma de1200W. Determinar la cantidad de circuitos para esta vivienda.

Solución

Como la terma, es un artefacto que puede requiere de mantenimiento y, en algunasoportunidades, reparación, es recomendable poner un circuito independiente paraabastecerlo de energía, por lo tanto nos quedamos con 6.8kW para el resto de circuitos.

Ahora, por ser una vivienda de dos niveles, se recomienda tener circuitosindependientes por cada nivel, con lo que la potencia por cada nivel será la mitad.

Numero de circuitos por nivel=MD/2kw=3.4kW/2kW=1.7≈2

Además según la norma es suficiente con dos circuitos.

Para esta vivienda recomendaría instalar los circuitos de la siguiente forma:

Tablero del prime nivel

- 01 circuito de alumbrado primer nivel.- 01 circuito de alumbrado segundo nivel.- 01 circuitos ex clusivo para la terma.

Tablero del segundo nivel.

- 01 circuitos de tomacorriente para el primer nivel.- 01 circuitos de tomacorriente para el segundo nivel.

Se instalarán en total 05 circuitos que pueden ser agrupados en dos tableros

Si consideramos los circuitos estabilizados tendríamos que conocer donde se instalaránlos equipos que requieren este tipo de circuitos para incluirlos ya sea en uno o en losdos tableros, con lo cual la cantidad de circuitos totales se incrementaría.

5. Cálculo Cuatro: La Selección del Conductor

5.1 Material del Conductor.

Los materiales más usados para conducir la corriente son el cobre y el aluminio. Perolos que se usan en instalaciones eléctricas en edificaciones como una vivienda, sonlos de cobre. En nuestro País, será difícil, por ahora, encontrar conductores de aluminioe incluso si hubiera, ningún proyecto podría considerarlo ya que el Código Nacional deElectricidad, indica que todos los conductores deben ser de cobre.

5.2 Tipo de Aislamiento del Conductor.

Se determina de acuerdo al tipo de instalación que se va realizar en la vivienda y que sedesprende de la arquitectura que habíamos comentado en la primera parte del tex to.

Según la NTP, el material de aislamiento consistirá de un compuesto termoplástico decloruro de polivinilo (PVC) o de un compuesto termoplástico libre de halógenos (HX) o deun compuesto de polietileno reticulado (XLPE).

Para el caso de los aislamientos con PVC, estos se diferencias por las siguientescaracterísticas:

T=Termoplástico.

W=Resistente a la humedad.

H=Resistente al calor.

En aislamiento HX se usa en lugares públicos donde la afluencia de personas enconsiderable como hospitales, colegios, centros comerciales. O, donde lasinstalaciones van adosadas o ex puestas sobre bandejas. El objetivo es que ante unincendio, los gases que emite este aislamiento no generen consecuencias fatales.

El aislamiento XLPE soporta altas temperaturas y es un material muy rígido paramanipularlo dentro de tuberías, por lo que su uso se estima más conveniente eninstalaciones soterradas.

Por lo tanto, para una vivienda usaremos conductores con aislamiento de PVC y estaspueden ser resistente a la humedad (TW) o resistente tanto a la humedad como al calor(THW).

Una vivienda ubicada en un clima frio o templado es suficiente con un aislamiento TW,pero la que se encuentre en una zona de calor donde la temperatura del medio ambientesupera los 30C, es recomendable usar THW.

5.3 Sección Mínima del Conductor.

En las instalaciones eléctricas para una vivienda, tal como hemos visto en los ejemplosde cálculo de la máx ima demanda, el alimentador principal debe tener una corrienteadmisible mayor a los 40 Amperios. Si a esta recomendación le agregamos la cantidadde circuitos que debe tener una vivienda, podemos concluir que para un mínimo de doscircuitos, estos deben tener una corriente máx ima de 20 amperios.

Si con esos valores de corrientes para los circuitos derivados, seleccionamos lassecciones de conductores, tenemos que para corrientes de más de 20 amperios debenser de 2.5mm2. El Código Nacional de Electricidad en su sección 030-002 denominada“ sección mínima de conductores” indica que todos los conductores deben ser cobre yno pueden tener una sección menor a 2 5mm2 para circuitos derivados de fuerza yalumbrado y 1.5mm2 para los circuitos de control de alumbrado.

Los circuitos de control de alumbrado, son los que se usan para conectar el interruptor alas lámparas de alumbrado y controlar el encendido y apagado de estas lámparas.

La sección de 1 5mm2 es muy pequeña en realidad a pesar de que su corrienteadmisible es del orden de los 14 amperios, muy superior a lo que requiere para encendero apagar una lámpara de 20 vatios cuyo consumo no llega a un amperio.

Todas estas consideraciones dan la tranquilidad de que los circuitos que conformaránuna vivienda trabajaran sin mayores riesgos, siempre que la forma de uso no ex ija quese supere las capacidades máx imas, como ocurre al poner varios artefactos conectadosa un mismo tomacorriente.

El párrafo anterior sustenta la recomendación de “ no usar múltiples” , que sondispositivos con tres tomacorrientes en forma de cruz y que sirven para conectar más dedos artefactos a un solo tomacorriente. Esta acción cuando se hace sin conocer lacorriente admisible del conductor que llega hasta ese tomacorriente, pone en riesgo lainstalación eléctrica.

Otra consideración es que, por norma, los tomacorrientes de uso general que son losque usan en las viviendas, son fabricados para soportar corrientes máx imas de 15amperios. Es decir, que al sobrecargar el tomacorriente, este comenzará a dañarse(quemarse en los bornes) aunque el conductor no sufra ningún daños.

Tenga en cuenta que los tomacorrientes, por regla general, están destinados a recibirhasta tres artefactos (tomacorrientes triples) y la corriente nominal no debe superarse.

5.4 Sección de Conductor para la Máxima Demanda.

Para seleccionar el conductor, ya sea el principal o de cualquier circuito derivado, hayque tomar en cuenta cuatro factores: La corriente máx ima, la caída de tensión, latemperatura ambiente y el tipo de instalación.

La caída de tensión y la corriente máx ima ya lo hemos abordado en los cálculosanteriores así que sólo veremos los otros dos factores.

Tipo de Instalación.

Según el Código Nacional de Electricidad en su tabla 2, se tiene varios métodos deinstalación. De ellos, he seleccionado los que describo a continuación conservando lasletras que usan para diferenciarlas.

A1: Conductores unipolares aislados, en un tubo y en una pared de concreto.

A2: Conductores tripolares aislados, en un tubo y en una pared de concreto.

B1: Conductores unipolares aislados, en un tubo y en una pared de madera.

B2: Conductores tripolares aislados, en un tubo y en una pared de madera.

C: Cable unipolar o multipolar en una pared de madera.

D: Cable unipolar o multipolar en ductos en el suelo.

La capacidad de corriente para dos conductores (conex ión monofásica) y diferentessecciones en función de su método de instalación es la siguiente:

Sección A1 A2 B1 B2 C D

1.5mm2 14.5 14 17.8 16.5 19.5 22

2.5mm2 19.5 18.5 24 23 27 29

4mm2 26 25 32 30 38 38

6mm2 34 32 41 38 46 47

10mm2 46 43 57 52 63 63

16mm2 61 57 76 69 85 81

25mm2 80 75 101 90 112 104

35mm2 99 92 125 111 138 125

Ejemplo 5.1

Determinar el tipo de conductor que se debe utilizar en una vivienda cuya corrientemáx ima es de 30 Amperios, sabiendo que la recomendación es que las instalacioneseléctricas se hagan dentro de paredes de madera.

Solución

Como se trata de una vivienda la conex ión será monofásica, es decir, de dosconductores y el método de instalación será el B1.

Como la corriente máx ima no puede ser 30 amperios, sino 40 amperios, tal como loindicamos en la parte correspondiente al cálculo de la máx ima demanda, entoncesbuscamos una sección que tenga una capacidad de corriente igual o mayor a 40amperios.

Respuesta: Conductor de cobre de 6mm2, con aislamiento PVC del tipo TW que tieneuna capacidad de corriente de 41 amperios.

Ejemplo 5.2

Determinar el tipo de conductor que se debe utilizar en una vivienda cuya corrientemáx ima es de 50 Amperios, sabiendo que la recomendación es que las instalacioneseléctricas se harán dentro de paredes de concreto.

Solución

Como se trata de una vivienda la conex ión será monofásica, es decir, de dosconductores y el método de instalación será el A1.

Como la corriente máx ima no puede ser menor de 40 amperios y, la que se ha obtenidoes mayor, de 50 Amperios, buscamos una sección que tenga una capacidad de corrienteigual o mayor a 50 amperios.

Respuesta: Conductor de cobre de 16mm2, con aislamiento PVC del tipo TW que tieneuna capacidad de corriente de 61 amperios.

Temperatura Ambiente

Los factores de corrección por temperatura ambiente se aplican a los conductores quevan ex puestos al aire y los que van enterrados en ductos. En la siguiente tabla semuestran los valores para el caso de conductores con aislamiento PVC.

Temperatura

Ambiente

Cables al

Aire

Cables en Ductos

Enterrados

10 C 1 22 1.10

15 C 1.17 1.05

20 C 1.12 1.00

25 C 1.06 0 95

30 C 1.00 0.89

35 C 0 94 0.84

40 C 0.87 0.77

45 C 0.79 0.71

Ejemplo 5.3

Determinar el tipo de conductor que se debe utilizar en una vivienda ubicada en unalocalidad donde la temperatura ambiente llega a 35C, cuya corriente máx ima es de 50Amperios, sabiendo que la recomendación es que las instalaciones eléctricas se haránen ductos enterrados.

Solución

Cantidad de conductores: 02

Método de instalación: D

Temperatura Ambiente: 35 C

Factor de corrección: 0.84

Corriente máx ima: 50 Amperios

Corriente de selección: 50 Amperios/0.84=59.6 Amperios

Conductor: Buscamos una sección que tenga una capacidad de corriente igual o mayora 59.6 amperios.

Respuesta: Conductor de cobre de 10mm2, con aislamiento PVC del tipo TW que tieneuna capacidad de corriente de 63 amperios.

Como puede apreciar, en los dos ejemplos anteriores, instalar un conductor bajo tierra apesar de aplicar el factor de corrección, tiene la ventaja de utilizar un conductor demenor sección por tener, en esas condiciones, una mayor capacidad de corriente.

6. Cálculo Cinco: La Puesta a Tierra

6.1 Como es una puesta a tierra

Es un hueco de aprox imadamente 0.8m x 0.80m, de forma circular, con espaciosuficiente para cavar hasta una profundidad de 3.00m. En el centro se coloca un varillade cobre de 2.40m de longitud con un espesor que puede ser de ½ pulgada o 5/8 depulgada, por ser los más usados, aunque pueden ser de cualquier otro espesor. El pozose rellena, alrededor de la varilla con material preparado adecuadamente, tratando deque sea lo más homogéneo posible.

Lo que se busca es una resistencia artificial que sea capaz de conducir una corriente ocarga hacia el suelo en una zona bajo la superficie. De esta forma el suelo actúa comouna fuente, que consumirá esa corriente y que, por ser parte de una inmensa cantidad detierra, se puede considerar idealmente infinita.

lustrativamente, podemos decir que la puesta a tierra es un pozo donde la varilladescarga todas las corrientes no usadas y las pasa al suelo en donde se pierden. Paraque esto suceda, la resistencia debe tener un valor bajo para que estas cargas puedanpasar con facilidad. Si la resistencia es alta, sucederá lo contrario.

6.2 Objetivo de la Puesta a Tierra

Una comparación sencilla es la siguiente: Imagine las tuberías de desagüe de su casa.Todas ellas van a una red principal de su casa, luego a una red de tuberías más grandesde la ciudad y finalmente al mar. Actualmente, hay nuevas instalaciones, donde estasaguas que no se usan ya no van al mar sino a una laguna de ox idación que es unafuente donde se evapora el agua y los residuos tienen otros usos. Pero al final, se lograque todas las aguas que no se usan en su casa se vayan a un determinado lugar dondepuedan ser transformadas en otros materiales utilizables por el hombre y la naturaleza.

Pues bien, la corriente que pasa por los conductores y nuestros artefactos, es unacorriente de electrones y estos de todas formas se salen de los ellos, pues no ex istenaislantes perfectos, hasta ahora. Para evitar que estas corrientes se acumulen en lasinstalaciones o artefactos, les facilitamos un conductor para llevarlos a la tierra y asíevitar que su acumulación cause daños, especialmente a las personas.

El objetivo, entonces, de una puesta a tierra es eliminar las corrientes “ vagabundas” ,por así decirlo, de sus instalaciones y mantener sus equipos y artefactos limpios ylibres de peligros.

6.3 Ubicación de la Puesta a tierra.

Hay que tener algunos conocimientos del comportamiento de la puesta a tierra parapoder elegir de forma adecuada donde ubicarlo. Generalmente lo hacen cerca del tablerode la vivienda o en un jardín, pero no siempre se dispone de ese lugar ideal.

Pues bien, el objetivo principal es mantener el valor de la resistencia de la puesta atierra. Para ello se requiere de conocer varias condiciones o estado del suelo quepueden favorecer o perjudicar que este valor se mantenga constante la mayor cantidadde tiempo. Vemos quienes son estas condiciones y cómo podemos controlarlas.

La humedad

Mientras más seco es el terreno, la resistividad será más alta. Por lo tanto, la primeracondición para seleccionar el lugar de la puesta a tierra es donde siempre hayahumedad. Esta es la razón por la cual se elige el jardín, siempre que se tenga la certezaque lo cuidará, pues hay jardines que no lo parecen. Esta característica sirve pararecomendar que el pozo deba permanecer con cierta humedad, lo que significa que elacceso al pozo y su ubicación debe ser sencillo para usted o para quien estime hará eltrabajo.

La temperatura

Mientras más alta es la temperatura, más alta será la resistividad. Por lo tanto hay quecuidar que el pozo a tierra este lejos de zonas de calentamiento y de preferencia dondehaya sombra. Esto aplica para zonas donde la temperatura del suelo está por encima delos 4 C como referencia.

Las temperaturas bajas e inferiores a cero, afectan la resistividad incrementándola, porlo tanto en zonas donde la temperatura es muy baja, la recomendación de ubicarlo bajosombra no aplicaría.

Ubicar un pozo a tierra, entonces, requiere de tener cuidado en torno a la humedad ytemperatura. Recuerde que se busca utilizar estas dos condiciones para beneficio delobjetivo de la puesta a tierra.

Conocer la resistividad del terreno.

Ahora que ya tenemos ubicado el lugar donde se instalará la puesta a tierra y seconstruirá el pozo, hay que medir la resistividad del terreno.

Todos los materiales tienen resistividad y es la propiedad que cuantifica la capacidad

del material para oponerse al paso de la corriente eléctrica. Si un material tiene unaresistividad alta, la corriente tendrá dificultades para pasar y se comportará como unaislante. En cambio, si tienen poca resistividad, facilitarán el paso de la corriente y secomportará como un conductor, que es lo que debemos conseguir siempre.

Para una puesta a tierra, buscamos que el suelo tenga una resistividad baja, para quelas corrientes “ vagabundas” se dispersen por la tierra y se alejen de nuestrasinstalaciones.

El suelo, no es el mismo en todos los lugares, así que la resistividad tampoco lo será,por eso es importante medirla. El Código Nacional de Electricidad denominadoUtilización, ha elaborado una tabla de valores de resistividad “ referenciales” y quepueden servir para desarrollar un primer cálculo de la cantidad de pozos a tierra que seránecesario instalar. Esta tabla es la A2-06 que se muestra a continuación.

El procedimiento de medir la resistividad se realiza siguiendo varios métodos, de loscuales el más recomendado es el de Schulumberger-Palmer, ya que el método deWenner tiene la desventaja de que la tensión decrece de forma rápida entre los doselectrodos interiores cuando su distancia se va incrementando a valores muy grandes.

Calcular la resistencia de la puesta a tierra.

El cálculo de la resistencia de cualquier material homogéneo se calcula utilizando lasiguiente relación:

R=ρ.L/S

Dónde:

R: Resistencia del material. Se mide en ohmios (Ω)

.ρ: Resistividad del material. Se mide en ohmios-metro (Ω-m)

L: Longitud del material. Se mide en metros. (m)

S: Sección del material. Se mide en metros cuadrados. (m²)

Pero el suelo no es homogéneo y tampoco se comporta como tal, por lo tanto la fórmulaque se aplica para hallar la resistencia de todos los materiales no puede ser aplicada aun material como el suelo, cuya composición no es homogénea.

La relación que se usa para una puesta a tierra con una varilla de cobre en posiciónvertical, conectada al suelo, es la siguiente:

R=(ρ/2πL)*ln(4L/D)

Dónde:

R: Resistencia de la puesta a tierra. Se mide en ohmios (Ω)

ρ: Resistividad de suelo. Se mide en ohmios-metro (Ω-m)

L: Longitud de la varilla. Se mide en metros. (m)

D: Diámetro de la varilla. Se mide en metros (m)

Ejemplo 6.1

Ejemplo 6.2

Valor máximo de una Puesta a Tierra

El Código Nacional de Electricidad – Utilización, señala como valor máx imo de unelectrodo de puesta a tierra en 25Ω. Superior a este valor recomienda instalar unelectrodo o puesta a tierra adicional a una distancia de por lo menos 2m.

En algunos casos por el alto valor de la resistividad del terreno, tal como se ha mostradoen los ejemplos anteriores, no es posible lograr este valor máx imo. Ante esto, esnecesario optar por dos opciones: disminuir la resistividad del terreno o instalar unomayor cantidad de electrodos en paralelo.

Modificar la resistividad del terreno.

Actualmente hay mucho avance en componentes que se agregan o mezclan con la tierraque alojará el electrodo para obtener una baja resistencia. Con el cuidado que se tiene

Imaginemos que hemos medido la resistividad del terreno donde haremos laconstrucción del pozo a tierra y hemos obtenido como resultado el siguiente:

ρ=80Ω-m

Ahora vamos a utilizar la varilla de ½ pulgada de diámetro y 2.40m de longitud.

L=2.40m

D=1/2” =0.0127m.

Aplicando la fórmula obtenemos una resistencia de:

R=35.16 Ω

Si realizamos el cálculo del ejemplo anterior pero con una varilla de 5/8 pulgadas dediámetro obtenemos:

R=33 98 Ω

Como se puede apreciar la diferencia no es grande. Si se trata de mejorar el valor de laresistencia, incrementar el diámetro de la varilla no es una buena alternativa.

Luego veremos que hay otras condiciones que podemos manipular para obtener unmejor valor.

sobre el medio ambiente, es una gran responsabilidad, lograr una baja resistencia depuesta a tierra, sin alterar negativamente el terreno.

Aunque ex isten diversas alternativas, que pueden aplicarse a instalaciones eléctricasmás complejas o de condiciones ex tremas, para una vivienda, es necesario tener encuenta tres condiciones sobre el suelo. Las cuales podemos modificar para lograr elobjetivo de una baja resistencia.

La concentr ac ión de sales: Estas ayudan a disminuir la resistividad, pero encantidades adecuadas. Un alto valor de sales no necesariamente ayuda a disminuir laresistividad en proporción directa, pues la tierra no es un material homogéneo.

La sal o cloruro de sodio es altamente conductivo en presencia de agua, lo cual es unaventaja para conseguir un bajo valor de resistencia. Pero, como la puesta a tierra es unmedio que conduce corriente, su acción electrolítica genera formación de hidróx ido desodio que afecta a la varilla de cobre, disminuyendo su duración, llegando incluso adestruirla.

Tr atamiento químico del Suelo.

Ex isten en el mercado compuestos químicos que ayudan a mejorar la resistividad delsuelo con ventajas sobre las sales, carbón vegetal o bentonita, tales como Thorgel,Favigel, Ericogel, Protegel y otros.

Cada uno de estos compuestos viene con sus recomendaciones de aplicación paraobtener el mejor resultado.

Estos compuestos no son corrosivos para la varilla de cobre, no hacen daño a lanaturaleza, no son tóx icos y tienen alta conductividad eléctrica que es lo que se buscaen una puesta a tierra.

La compactac ión del ter r eno

La compactación del terreno ayuda a bajar la resistividad y mejora las propiedades delterreno. Como se ha mencionado, lograr una baja resistencia está relacionado con unabuena conductividad para facilitar el paso de la corriente hacia la tierra. La tierra condemasiados poros o zonas libres perjudica la conductividad.

La compactación consiste en aplicar presión al suelo con el objetivo de eliminar losespacios vacíos e incrementar su densidad. Este beneficia la conductividad y además,como consecuencia de este trabajo, el suelo aumenta su densidad y estabilidad.

La compactación no debe ser realizada de forma tan severa. No queremos construir lasbases de un edificio o el asfalto de una carretera. El ex ceso de compactación reduce lapermeabilidad del suelo y evita la penetración de agua. Recuerde que en una puesta atierra, queremos mantener cierto nivel de humedad, pues un terreno seco y agrietadobaja drásticamente las propiedades conductivas del terreno.

Una recomendación es realizar la compactación en capas de 30cm. Capas menoresafectarían la permeabilidad que deseamos.

Ejemplo 6.3

Que resistividad debe tener el terreno donde se instalará un pozo a tierra de 20Ω, si lavarilla que se usará es de cobre, 2.40m de longitud y 5/8” de diámetro.

Solución

R=20Ω

L=2.40m

D=0.01588m.

Reemplazando en la fórmula, tenemos

ρ=45.50Ω-m

Ejemplo 6.4

Que resistividad debe tener el terreno donde se instalará un pozo a tierra de 15Ω, si lavarilla que se usará es de cobre, 2.40m de longitud y 5/8” de diámetro.

Solución

R=15Ω

L=2.40m

D=0.01588m.

Reemplazando en la fórmula, tenemos

Respuesta: Necesitamos bajar la resistividad del terreno a un valor igual o menor a45 50 Ω-m.

ρ=34.30Ω-m

Analicemos este resultado para dar algunas recomendaciones. Sabemos que el valormáx imo, según el Código Nacional de Electricidad, de la resistencia de la puesta atierra es de 25Ω. Este valor es el límite al cual debe llegar una puesta a tierra, por lotanto no debería superarse.

También sabemos que, por la forma dinámica como la tierra va cambiando por diversosfenómenos internos y ex ternos que suceden dentro y sobre él, el valor de su resistencia,al ser artificial, se va incrementando con el tiempo. La naturaleza tiene a recuperar suestado.

Si nuestro objetivo es que ese valor se mantenga debajo del valor recomendado por elCódigo de Electricidad, entonces debemos construir un pozo de puesta a tierra con unvalor inferior a 25 Ω. En realidad debemos tratar de obtener el más bajo posible.

Los dos ejemplos anteriores nos dan valores de referencia para elegir adecuadamente ellugar donde se construirá el pozo de la puesta a tierra. Para efectos de un proyecto, sedebe medir el valor de la resistividad del terreno y con ese resultado tomar la decisiónde construirlo directamente o recomendar que se intervenga sobre el terreno para mejorarsus propiedades.

Incrementar la resistencia del Electrodo

Si después de haber mejorado la resistividad del terreno no es posible lograr unaresistencia menor a 25Ω, nos queda la posibilidad es instalar electrodos en paralelo.

Geraldo Kindermann y Jorge M. Campagnolo, en su libro publicado en 1992, titulado“ Aterramiento Eléctrico” , muestran en el apéndice A, las tablas para utilizar uncoeficiente de reducción cuando se usa más de una varilla en paralelo, según lalongitud de separación.

Si consideramos, por ejemplo, instalar dos varillas verticales, separadas 5.00m, el factorde corrección indicado es de k=0 536, por lo tanto el valor de nuestra puesta a tierra totalsería de:

R=(0.536)x (33.98Ω)=18 21Ω

Si consideramos, por ejemplo, instalar tres varillas verticales, separadas 5.00m, el factor

Respuesta: Necesitamos bajar la resistividad del terreno a un valor igual o menor a34 30 Ω-m.

de corrección indicado es de k=0 374, por lo tanto el valor de nuestra puesta a tierra totalsería de:

R=(0.374)x (33.98Ω)=12.71Ω

Ahora, si quisiéramos obtener los 25Ω, tendríamos que buscar un factor de correcciónde:

K=(25Ω)/(33 98Ω)=0.736

Pero en las tablas encontramos que el factor de corrección más alto para dos electrodosubicados a 2.5m de separación tiene un K=0 566, con el cual obtenemos una resistenciade la puesta a tierra de:

R=(0.566)x (33.98Ω)=19 23Ω

Con este valor, que es menor a lo recomendado por las normas estaríamos cumpliendocon la construcción de un sistema de puestas a tierra normalizado y seguro para lavivienda o edificación. Por lo tanto recomendaríamos instalar dos puestas a tierraseparadas 2 5m una de la otra compuestas con varillas de cobre de 5/8” de diámetro y2.40m de longitud.

7. Cálculo Seis: La Protección.

La Protección consiste en evitar que las capacidades nominales de los conductores sesuperen. El objetivo principal es cuidar los conductores y todos los equipos eléctricos yelectrónicos que se usan en una vivienda.

La Protección se encarga de actuar sobre la Tensión y la Corriente. Estas dosmagnitudes tienen rangos que deben mantenerse y que dependen de la cantidad deequipos que se usan, sus especificaciones y, de la calidad de energía que nos entregala empresa concesionaria.

Si la tensión se eleva a valores superiores a los que soportan los artefactos eléctricos yelectrónicos, estos se dañarán de forma irreversible. Para evitar que eso ocurra debemostener un dispositivo que sea capaz de detectar ese valor y desconectar el circuito de lafuente o mitigar el efecto.

Si la tensión se reduce a valores inferiores a los que necesitan los artefactos, estos nofuncionarán.

En cambio, la corriente, se elevará o bajará dependiendo de la cantidad de artefactosque se conecten o desconecten. El efecto nocivo de la corriente es cuando esta seeleva a valores superiores a los nominales. Como resultado los conductores secalentarán y si esto no se detiene, se puede dañar el aislamiento y luego toda lainstalación.

Proteger un circuito de las corrientes elevadas o sobrecorrientes es evitar que losconductores se calienten hasta alcanzar temperaturas que dañen el aislamiento. Elconductor de una instalación eléctrica para una vivienda es de cobre y con aislamientode PVC. De los dos materiales, el PVC es el más débil a la temperatura, pues soporta encondiciones normales hasta 90 C, según el tipo de fabricante. Por lo tanto, debemosproteger el conductor para que esta temperatura nunca llegue a ocurrir y eso lo podemoslograr si mantenemos la corriente que pasa por el conductor en niveles inferiores a lacorriente nominal.

El Código Nacional de Electricidad y la NTP (Norma Técnica Peruana) establecen paraconductores con aislamiento de PVC una temperatura máx ima de operación de 70 C,inferior a lo que indican varios fabricantes en sus especificaciones. Esto garantiza quelos conductores operen en buenas condiciones, siempre que el diseño y selección tomeen cuenta ese valor.

es de responsabilidad del usuario y de los que habitan la vivienda. Esta elevará su valoren función de la cantidad de artefactos que se enciendan simultáneamente. Las nochesson los momentos donde se registra los más altos consumos de energía eléctrica y porlo tanto de corriente, por lo tanto son los momentos más propicios para que ocurranfallas o defectos en los conductores.

Es importante que todos los circuitos tengan dispositivos de protección para evitarsobrecargas y sobretensiones y, como en la vivienda debe haber varios circuitos, talcomo se indicó en el capítulo anterior, se va necesitar varios dispositivos que debenubicarse en un solo espacio o caja que se le denomina Tablero.

7.1 El Tablero de la Vivienda.

El Código define al Tablero o Panel de Distribución como el Panel o conjunto de panelesdiseñados para constituir un solo panel; incluye barras, dispositivos automáticos desobrecorriente, y con o sin interruptores para el control de circuitos de alumbrado yfuerza; construidos para su colocación en un gabinete adosado o empotrado en la paredy accesible solo por un frente.

Según la sección 150-400 del Código se establece que debe instalarse un tablero encada unidad de vivienda.

El tamaño del tablero depende de la cantidad de circuitos que se van a utilizar y del tipode dispositivos de protección que debe contener. Como punto de partida sabemos que lavivienda debe implementarse con una conex ión monofásica, por lo tanto losdispositivos de protección deben ser de dos polos.

La función del Tablero es alojar a todos los dispositivos de protección de lasinstalaciones eléctricas de la vivienda. Por lo tanto, hay que saber cuál será su tamañoy donde lo debemos instalar para que cumpla su función de forma adecuada y segura.

Lo primero es que todo tablero instalado en una vivienda debe estar protegido por undispositivo de protección contra sobre corrientes que puedan ocurrir. Para ello debeinstalarse un interruptor automático del tipo Termomagnéticos o fusibles, adecuadospara la potencia instalada o contratada de la vivienda.

La diferencia entre un interruptor Termomagnético y un fusible es que el fusible sefundirá cada vez que suceda una sobrecarga, lo cual ex ige de tener disponible unrepuesto. En el caso del interruptor Termomagnético, esto no ocurre, pues sufuncionamiento es desconectarse mediante un sistema mecánico de apertura que puedevolver a su estado inicial una vez que cesa el efecto que lo produjo.

Asimismo, cuando se requiera abrir el circuito y que éste quede aislado eléctricamente,se recomienda la instalación de un interruptor de aislamiento o seccionador, aguas arribadel interruptor general.

Este dispositivo de protección, también debe brindar la posibilidad de desconectar lacarga de la vivienda sin afectar el suministro de energía a las otras unidades devivienda en caso se trate de un edificio de departamentos, por ejemplo.

Lo segundo, es que todo tablero, debe tener un dispositivo de protección contra posiblesriesgos de incendios por fallas a tierra en el cable alimentador. Para ello se recomienda

instalar un interruptor diferencial o un interruptor de falla a tierra.

Lo tercero es que en el tablero de la vivienda, cada circuito derivado, debe estarprotegido por un interruptor automático del tipo Termomagnético, dotado de elementos deprotección contra sobrecorrientes, cuya corriente nominal sea adecuada para lacapacidad de corriente de los conductores derivados protegidos.

Y, por último, se debe instalar al menos un interruptor diferencial general, de 30 mA (miliamperios) de sensibilidad, para proteger a las personas contra los riesgos deelectrocución, por contacto eléctrico.

7.2 Ubicación del Tablero

Según la sección 150-402 del Código, se establece que los tableros no deben serubicados en carboneras, armarios de ropa, cuartos de baño, escaleras, ambientes dedoble altura, lugares peligrosos, ni en ningún otro lugar poco adecuado.

Esta sección recomienda que los tableros en unidades de vivienda se deben ubicar tanalto como sea posible, pero teniendo en cuenta que ninguna manija de dispositivo deprotección quede a más de 1,7 m sobre el nivel del piso. Esta altura evita lamanipulación de los más pequeños.

Para hacer una adecuada ubicación del tablero debe considerar los siguientes aspectos:

1. Una persona puede trabajar en él sin que el tránsito de las personas de unlado a otro de la casa interfiera con su trabajo.

2. Ningún artefacto, cuadro, cortina u otro elemento debe evitar que se vea.3. Debe estar en un lugar de fácil acceso y adonde cualquier persona desde los

ex tremos de la casa pueda llegar libremente.4. Debe estar en un lugar que se pueda indicar de forma sencilla.

Las mejores ubicaciones para un tablero son las siguientes:

1. En la cocina, cerca de la puerta de acceso al comedor o al jardín.2. En el comedor, cerca de la puerta de la cocina o del jardín.3. En la sala cerca de la puerta del jardín o del comedor.

7.4 Mantenimiento y Espacio en los Tableros

El CNE-Utilización en la sección 010-010, ítem (3), se indica que se debe garantizar elbuen funcionamiento de las protecciones mediante mantenimiento oportuno y apropiadopor personal calificado y acreditado. Es importante que cada año se haga una revisiónde las instalaciones eléctricas, especialmente las destinadas a la protección que seencuentran alojadas en el tablero. Verificar los terminales de los cables que se conectana los interruptores Termomagnéticos, observando si están bien ajustados o verificar queel aislamiento tiene un color desvanecido son muestras de que algo está pasando enlas instalaciones.

En la sección 050-108 se establecen los espacios para los circuitos derivados dentrodel tablero y donde se indica que para una unidad de vivienda unifamiliar se debeproveer suficiente espacio en el tablero, para al menos cuatro interruptores automáticosbipolares contra sobrecorrientes.

No obstante de lo indicado anteriormente, debe proveerse suficiente espacio en eltablero para dos dispositivos de protección adicionales para futuras ampliaciones.

Donde se prevea cocina o equipo trifásico se deben proveer interruptor automático contrasobrecorrientes tripolares.

7.5 Dispositivos de Protección.

Los dispositivos de protección que deben considerarse en una vivienda son tres: Contrasobrecargas, contra sobrecorrientes y de corriente residual.

Para todos los casos se debe tener en cuenta que la capacidad nominal o el ajuste delos dispositivos de sobrecorriente no debe ex ceder la capacidad de corriente de losconductores que protegen

Dispositivo de sobr ecar ga: Dispositivo que brinda protección contra corrientesex cesivas, pero no necesariamente protege contra cortocircuitos, y es capaz deinterrumpir un circuito, bien sea por la fusión de un metal o por medioselectromecánicos.

Los dispositivos que se usan para sobrecargas son fusibles o interruptores térmicos. Suúnica función es actuar por calentamiento como consecuencia de las corrientes quesuperan el valor determinado como máx imo.

Dispositivo de sobr ecor r iente: Dispositivo capaz de interrumpir automáticamente uncircuito eléctrico, tanto en condiciones predeterminadas de sobrecarga como encondiciones de cortocircuito, bien sea por fusión de un metal o por medioselectromecánicos.

Los dispositivos que se usan para sobrecorrientes con los interruptoresTermomagnéticos.

Dispositivo de cor r iente r esidual: También denominado Interruptor Diferencial (ID) oInterruptor de falla a tierra (GFCI “ Ground Fault Circuit Interrupter” ). Es un dispositivopara la protección de personas, cuya función es interrumpir automáticamente la corrientede un circuito, en un tiempo predeterminado, cuando la corriente a tierra ex cede un valorpredeterminado. El proyectista debe verificar que ex ista una adecuada coordinaciónentre los interruptores de falla a tierra de una instalación.

Protección Diferencial

Según la sección 020-132 referida a Protección con Interruptores Diferenciales ( D) oInterruptores de Falla a Tierra (GFCI), el Código establece que toda instalación en la quese prevea o ex ista conectado equipo de utilización, debe contar con interruptordiferencial de no más de 30 mA (mili amperios) de umbral de operación de corrienteresidual; pero éste no debe ser usado como sustituto del sistema de puesta a tierra.

Los estudios relacionados con la capacidad del cuerpo humano a la conducción de la

corriente eléctrica han determinado que 30 miliamperios es un valor donde aún esposible tener reflejos suficientes para actuar o movernos. Eso significa que un contactodesprevenido con una de las fases de un circuito protegido con un dispositivo de estasensibilidad, evitará poner en riesgo su vida.

Todo interruptor diferencial debe actuar como interruptor de cabecera, en instalacionesde hasta tres circuitos derivados, es decir, de un grupo de hasta tres dispositivos desobrecorriente o Termomagnéticos. En este caso el interruptor diferencial se debeinstalar aguas abajo del interruptor automático general.

Hay que tener presente que el valor de la corriente nominal del interruptor diferencialdebe ser igual o mayor que la corriente nominal del interruptor automático general.

En instalaciones con más de tres circuitos derivados, éstos pueden agruparse de a tresy poner a la cabeza de cada grupo un interruptor diferencial de 30 mA de sensibilidad.Estos interruptores diferenciales deben quedar instalados aguas abajo del interruptorautomático general mencionado. Esta medida es para evitar los disparos indeseadosproducidos por las corrientes de fuga parásitas normales.

Para mejorar la confiabilidad del servicio de las instalaciones internas, se puede instalarun interruptor diferencial de 30 mA de sensibilidad en cada circuito derivado. En estecaso, cada interruptor diferencial se debe instalar aguas abajo del interruptor automáticorespectivo.

Si todos los circuitos derivados cuentan con interruptores diferenciales, puede omitirseel interruptor diferencial general.

La selección de las corrientes nominal y de cortocircuito de cada interruptor diferencial,se debe hacer bajo los mismos criterios usados para el cálculo de un dispositivo deprotección contra sobrecorriente que corresponde en dicha posición.

Protección de Tomacorrientes.

Según la sección 080-600 del CNE, no deben conectarse tomacorrientes en circuitosderivados que tengan protección contra sobre corrientes de capacidad nominal o ajustemayor que la corriente nominal del tomacorriente.

En cada circuito se instalarán tomacorrientes y estos tienen una capacidad nominal quegeneralmente es de 15 amperios. Por lo tanto, el dispositivo de protección de esecircuito debe ser de un valor igual o menor que esa corriente nominal. Si la corriente delcircuito va requerir de un dispositivo de protección de mayor corriente nominal se deben

considerar tomacorrientes de ese valor o dividir el circuito para una mejor protección.

Lo anterior busca proteger la instalación de una conex ión descuidada en lostomacorrientes. Si su corriente nominal es de 15 Amperios y el dispositivo de protecciónde 25 amperios, puede ocurrir que al conectar una carga en ese tomacorriente de unvalor mayor a 15 amperios, este puede fallar, pues el dispositivo de protección no vadisparar o actuar para protegerlo.

Protección no indispensable.

En la sección 080-602, referida a dispositivos de Control Adicionales No Necesarios, elCódigo indica que los electrodomésticos portátiles no deben ser equipados condispositivos de control adicionales cuando tengan una capacidad nominal inferior que 1500 W y, cuando estén provistos con una conex ión de cordón y enchufe, o algún mediosimilar mediante el cual puedan ser fácilmente desconectados de los circuitos.

El párrafo anterior, deja al circuito de la electrobomba, por ejemplo, que tiene una cargamenor a 500W, sin dispositivo de protección debido a que es una carga pequeña, menora 1 500W. Esto es razonable, considerando que toda la instalación eléctrica de lavivienda tiene una protección general que finalmente va prevenir una sobre corriente encualquier parte de la instalación. Pero, como la electrobomba, no va conectada a untomacorriente con un cordón y enchufe sino que se conecta directamente a losconductores, hacer su mantenimiento o repararla va comprometer la instalación de todala vivienda. Por eso, aunque no lo recomiende el Código, por flex ibilidad de lainstalación es necesario considerar a la electrobomba como un circuito independientecon su propio dispositivo de desconex ión y protección.

7.6 El Interruptor Automático o Termomagnético

En esta parte vamos a ver el procedimiento de seleccionar un interruptor automático parael alimentador principal de una vivienda. El mismo puede aplicarse también, para loscircuitos derivados.

Estos dispositivos, mecánicamente, cumplen la función de desconectar el circuito de lafuente de tensión que lo alimenta. Desconectada la fuente no hay tensión ni corrienteque pueda dañar los conductores. Para lograrlo debe “ disparar” , es decir, desconectar elcircuito cuando aún está circulando corriente. Esta acción genera un arco que debeeliminarse. Para ello cuenta con una pequeña cámara donde usa el mismo aireaprovechando la velocidad de desenganche del contacto de apertura. A estacaracterística se le llama “ corte en aire” .

Por lo tanto, el medio ambiente (aire) y sus condiciones son importantes para que elTermomagnético cumpla su función.

Condiciones Ambientales.

Dentro de las condiciones ambientales que afectan la operación de un Termomagnéticose tiene la contaminación, altitud y temperatura ambiente. Ellas afectan la pequeñacámara de “ corte en aire” , disminuyendo su velocidad de disparo.

Para todos los casos que vamos a considerar se ha previsto que el grado de protecciónno será superior al IP20. Se asume, con suficiente criterio que las viviendas quetrataremos aquí no se construirán en climas agresivos. En caso eso suceda, se tendráque evaluar el grado de protección adecuado y seleccionar un dispositivo acorde conesas ex igencias.

Hasta 2000 metros de altitud, los interruptores automáticos no sufren alteraciones en lasespecificaciones asignadas. Al aumentar la altitud, se modifican las propiedades de laatmósfera en cuanto a la composición, la capacidad dieléctrica, el poder refrigerante y lapresión. Por lo tanto, las prestaciones de los interruptores presentan variación de losparámetros significativos, como la máx ima tensión asignada de funcionamiento y lacorriente permanente asignada.

Las especificaciones técnicas generales de los interruptores se cumplen para unatemperatura ambiente del aire que no sobrepase los 40 C y la media durante 24 horas nodebe ex ceder los 35 C, así como una mínima de -5 C. Valores diferentes deben serafectados por un factor de corrección que debe proporcionar el mismo fabricante.

Características Físicas.

Considerando una conex ión monofásica, los dispositivos de protección serán de dospolos y por lo tanto deben ser de montaje sobre riel D N con corrientes nominales quevan desde 0 2 hasta 125 amperios con poder de ruptura desde 2 hasta 25kA. (kA = kiloamperios o mil amperios).

Debido a que la fabricación y condiciones de operación están normados por la IEC60898, la mayor parte de estos dispositivos presentan características semejantes.

Como característica principal de su funcionamiento, el interruptor automático estáformado por una pieza bimetálica y un electroimán de bobina, normalmente montados enserie con el circuito que hay que proteger. La acción del bimetal es más rápida cuando lasobrecarga es elevada. Siguiendo el principio del electroimán, el mismo actúa a partir desobrecorrientes importantes en forma casi instantánea.

Haciendo pruebas de variación de sobrecargas es posible determinar una curva tiempo-corriente que indica el comportamiento del disparo. A esta curva se le llama curva deprotección y la norma EC ha establecido tres tipos que se aplican según la carga oequipos que protegen y que veremos más adelante como curvas de disparo.

Características Técnicas

Las características más importantes de un interruptor automático y que deben tener enforma indeleble son:

- Nombre del fabricante.- Tipo y Número de catálogo.- Tensión nominal.- Corriente nominal.- Característica de disparo (B,C ó D)- Frecuencia.- Capacidad de cortocircuito.- Grado de protección.- Temperatura ambiente.

Corrientes nominales normalizadas

Las corrientes nominales normalizadas según la NTP- EC-60898-1 2004 son:

6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 y 125 amperios.

Características de Operación.

Este es el valor que debemos tener en cuenta para seleccionar los dispositivos deprotección. Según la norma NTP basada en la EC 60898-1, se debe conocer tresdefiniciones importantes de corriente:

Cor r iente nominal (In)

Es la corriente asignada por el fabricante y se puede decir que coincide con la corrientetérmica, al aire libre ( th según EC 947-2) y representa el valor de la corriente en la queel interruptor no dispara. Para los interruptores que cumplen con la norma IEC 898, estevalor no puede ser superior a 125 amperios.

Cor r iente convencional de no dispar o (Inf)

Este valor representa la sobrecorriente con la cual no se efectúa el disparo de uninterruptor termomagnético (o electrónico) en un tiempo dado. Según la norma IEC 898,este valor es del orden de 1.13In, es decir 1.13 veces la corriente nominal.

Cor r iente convencional de dispar o (If)

Representa el valor de la sobrecorriente, con la cual se efectúa la operación de disparode un interruptor termomagnético (o electrónico) en el tiempo convencional. Según lanorma IEC 898, este valor es del orden de 1.45In, es decir 1.45 veces la corrientenominal, siempre que la corriente nominal del interruptor sea de hasta 63 amperios. Parainterruptores mayores será de 2 horas.

Cor r iente de dispar o instantáneo (Im)

Es el valor mínimo de la corriente que provoca el disparo automático del interruptor.Según la norma EC, este valor depende del tipo de disparo del dispositivo que puedeser:

Tipo

Valor

Inferior

(Im1)

Valor

Superior

(Im2)

B 3In 5In

C 5In 10In

D 10In 20In

Tiempo

(Segundos)≤0.1 <0.1

A continuación se muestra la curva de disparo tipo C que deben tener todos losinterruptores automáticos que se fabrican bajo las indicaciones mínimas de la normaEC mencionada.

Ejemplo 7.1

Indique las características de operación de un interruptor automático del tipoTermomagnético de 25 Amperios.

Solución.

In=25 Amperios.

Inf=1.13In=25 25 Amperios.

If=1.45In=36 25 Amperios.

Para determinar Im1 e Im2 hace falta indicar el tipo de disparo del interruptor.

Tipos de Disparo.

La norma EC 898 establece tres tipos de operación diferentes para el disparo magnéticoque deben tener los interruptores automáticos. Estos tipos se han clasificado en trescurvas características denominadas B-C-D y que tiene como objetivo indicar los usos yaplicación que tienen.

T PO B que es para cargas mayormente resistivas.

T PO C que es para protección de cables y conductores en instalaciones quesuministran energía eléctrica a equipos o artefactos de uso normal. Este tipo es el quese debe usar para una vivienda.

T PO D que es para protección de cables que suministran energía a equipos decorrientes altas de arranque como motores. Este tipo es para uso industrial.

Ejemplo 7.2

Indique las características de operación de un interruptor automático del tipoTermomagnético de 25 Amperios que se usará en una vivienda.

Solución.

Tipo de disparo: C

In=25 Amperios.

Inf=1.13In=25 25 Amperios.

If=1.45In=36 25 Amperios.

Im1=5In=125 Amperios.

Im2=10In=250 Amperios.

7.7 Selección de un Interruptor Termomagnético

Para seleccionar un interruptor automático del tipo Termomagnético para una vivienda,deben cumplirse dos condiciones:

Pr imer o: La corriente de la máx ima demanda debe pasar sin problemas por elinterruptor. Esto se logra seleccionado uno de corriente nominal igual o superior a lacorriente máx ima de la vivienda.

Ejemplo 7.3

Seleccionar un interruptor general para el tablero de una vivienda cuya máx imademanda es de 5kW.

Solución.

Calculamos la cor r iente máxima

Potencia: P=5 000W

Tensión: V=220 V monofásica (valor asumido en base a la tensión nominal normalizadaen la zona del proyecto)

Fp: 0 95 (factor de potencia asumido en base a ejemplos anteriores)

Corriente máx ima: I=P/(V.fp)=23.92 Amperios

Seleccionamos en inter r uptor

Tipo de disparo: C

In=25 Amperios.

Inf=1.13In=25 25 Amperios.

If=1.45In=36 25 Amperios. (Corriente de disparo)

Im1=5In=125 Amperios.

Im2=10In=250 Amperios.

Segundo: La corriente de disparo del interruptor debe ser menor que la corrientemáx ima admisible del conductor. Esta condición sirve para seleccionar el conductor en

base a la protección.

Ejemplo 7.4

Seleccionar la sección de conductor adecuada para el alimentador principal de unavivienda cuya máx ima demanda es de 5kW, sabiendo que la instalación será del tipoempotrada en pared.

Solución.

Calculamos la cor r iente máxima

Potencia: P=5 000W

Tensión: V=220 V monofásica (valor asumido en base a la tensión nominal normalizadaen la zona del proyecto)

Fp: 0 95 (factor de potencia asumido en base a ejemplos anteriores)

Corriente máx ima: I=P/(V.fp)=23.92 Amperios

Seleccionamos en inter r uptor

Tipo de disparo: C

In=25 Amperios.

Inf=1.13In=25 25 Amperios.

If=1.45In=36 25 Amperios. (Corriente de disparo)

Im1=5In=125 Amperios.

Im2=10In=250 Amperios.

Seleccionamos el conductor

Veamos la tabla de corrientes admisibles para conductores según tipo de instalación

el tipo de instalación.

Tipo de instalación: A1

Sección de conductor: 10mm2

Ejemplo 7.5

Seleccionar la sección de conductor y tipo de instalación adecuada para el alimentadorprincipal de una vivienda cuya máx ima demanda es de 5kW.

Solución

Siguiendo todo el procedimiento anterior de cálculo, obtenemos que la corriente delconductor debe ser de 36.25 amperios o superior.

Tipo de instalación: D

Sección de conductor: 4mm2

Los dos ejemplos anteriores muestran la razón por la cual es importante que elconductor alimentador o conductores de alta carga o consumo de corriente deben irenterrados y en ducto.

Ejemplo 7.6

Seleccionar la sección de conductor adecuada para el alimentador principal de unavivienda cuya máx ima demanda es de 2kW. Defina así mismo el tipo de instalación.

Solución.

Calculamos la cor r iente máxima

Potencia: P=2 000W

Tensión: V=220 V monofásica (valor asumido en base a la tensión nominal normalizadaen la zona del proyecto)

Fp: 0 95 (factor de potencia asumido en base a ejemplos anteriores)

Corriente máx ima: I=P/(V.fp)=9.57 Amperios

Seleccionamos en inter r uptor

Tipo de disparo: C

In=10 Amperios.

Inf=1.13In=11.30 Amperios.

If=1.45In=14 50 Amperios. (Corriente de disparo)

Im1=5In=50 Amperios.

Im2=10In=100 Amperios.

Seleccionamos el conductor

Veamos la tabla de corrientes admisibles para conductores según tipo de instalación yvemos que un conductor de 1 5mm2 es suficiente.

Tipo de instalación: A1

Sección de conductor: 1.5mm2

Pero, por recomendación y ex igencia del Código, las secciones de los conductores decualquier circuito principal o derivado no debe ser menor de 2 5mm2 de sección,entonces tendremos que:

Sección de conductor: 2.5mm2

Ejemplo 7.7

Cuál será la potencia máx ima que debe tener una vivienda para que su circuito principaluse conductor de 2.5mm2 con tipo de instalación empotrada en pared.

Solución.

Seleccionamos la cor r iente del conductor

Veamos la tabla de corrientes admisibles para conductores según tipo de instalación yvemos que un conductor de 2 5mm2 es de 19 5 Amperios.

Tipo de instalación: A1

Corriente máx ima: I=19 5 Amperios.

Calculamos el inter r uptor

Tipo de disparo: C

If=1.45In=19 50 Amperios. (Corriente de disparo)

In=If/1.45=13.44 Amperios.

In=13 Amperios.

Inf=1.13In=14.69 Amperios.

Im1=5In=65 Amperios.

Im2=10In=130 Amperios.

Calculamos la potencia máxima

Tensión: V=220 V monofásica (valor asumido en base a la tensión nominal normalizadaen la zona del proyecto)

Fp: 0 95 (factor de potencia asumido en base a ejemplos anteriores)

Potencia máx ima: P=V.In.fp

P=(220V).(13 Amperios) (0 95)=2 717W

7.8 Corriente de Cortocircuito.

La corriente de cortocircuito es el valor que alcanza la corriente cuando se produce uncortocircuito, por lo que vamos a ex plicar que es un cortocircuito para los fines yobjetivos de las instalaciones eléctricas de una vivienda.

A este término se la relaciona más con las fallas y no es incorrecto, pero sí inadecuado.Un corto circuito, es lo que su nombre lo indica: “ un circuito corto” o muy pequeño a talpunto que la longitud del conductor es casi cero. Nunca puede ser cero, pues si no hayconductor, no puede haber un circuito.

En una vivienda, un cortocircuito puede ser el resultado de una falla o de una malaconex ión. Una falla ocurre cuando un defecto permanece por mucho tiempo y no sedetecta.

Es importante recordar que un circuito eléctrico es el camino que recorre la corrienteeléctrica dentro de un conductor en forma de espira cerrada. Es decir, si no hayconductor, no puede haber circuito.

En el libro de Física Universitaria de Sears y Zemanski, se indica:

Una corriente eléctrica consiste en cargas en movimiento de una región a otra. Cuandoeste desplazamiento se lleva a cabo dentro de un camino conductor que forma una

espira cerrada, el camino se conoce como un circuito eléctrico.

Otro concepto que debemos tener en cuenta es la Ley de Ohm, que establece que laresistencia de un conductor es directamente proporcional a la tensión e inversamenteproporcional a la corriente, es decir: R=V/I.

Si conocemos el valor de R y de V, podemos hallar I, usando una fórmula derivada de laley de Ohm que es la siguiente:

I=V/R.

Con esta relación podemos deducir algunos comportamientos de un circuito eléctrico:

1. Si la tensión se mantiene constante y la resistencia de un conductor es muypequeña, la corriente será muy grande.

2. Si la tensión se mantiene constante y la resistencia de un conductor es muygrande, la corriente será muy pequeña.

3. Si la resistencia se mantiene constante y la tensión que se aplica al circuitoes muy grande, la corriente será muy grande.

4. Si la resistencia se mantiene constante y la tensión que se aplica al circuito

es muy pequeña, la corriente será muy pequeña.

Con esto ya podemos entender un cortocircuito. Es un circuito que tiene un conductorcon una resistencia muy pequeña y cuya corriente es muy grande. Esta corriente puedellegar a ser tan grande que puede averiar los equipos y dañar los conductores que seencuentren dentro de ese circuito si no la detenemos.

Entonces, lo malo de un cortocircuito es la enorme corriente que produce y una de lasformas más usadas actualmente para detener esta corriente, cuando ocurre, es “ cortar elcircuito” o desconectarlo de la fuente. Sin tensión, no circulará corriente por el circuito.

7.9 Interruptor Automático para Cortocircuitos

Su denominación general es Dispositivo de Protección contra Cortocircuitos o SDPTque son las siglas en inglés (Short Circuit Protective Device).

Estos dispositivos deben ser capaces de desconectar el circuito de la fuente, sindañarse. Es decir, deben ser capaces de soportar esas altas corrientes y además tenerla capacidad de desconectar el circuito sin que sufra daños físicos y pueda serreutilizado. Estas condiciones no pueden ser soportados por un dispositivo por muchotiempo, por lo que generalmente, los tiempos de actuación deben ser muy pequeños delorden de la fracción de segundos que para fines de entendimiento de describen como de“ actuación instantánea” .

Capacidades para Corrientes de Cortocircuitos

Los interruptores automáticos deben tener, según la EC, especificadas las capacidadespara altos valores de corriente definidos de la siguiente manera:

Capacidad de Cor tocir cuito Nominal (Icn). Valor eficaz de la corriente alterna, queel interruptor automático, por diseño, puede establecer, transportar durante el tiempo deapertura e interrumpir en las condiciones especificadas. A esta corriente también se ledenomina capacidad de ruptura.

Estos interruptores están diseñados para ser instalados en una vivienda o edificacionesde potencias comerciales o valores nominales como los indicados anteriormente.

Como se deter mina el valor nominal Icn. La Norma IEC6089 establece que losinterruptores deben cumplir con un ciclo de ensayos para determinar su capacidadnominal. Lo que se indica a continuación es para dispositivos de uno o dos polos parauso en viviendas o edificaciones de capacidades nominales dentro de esta norma.

Estos ensayos consisten en hacer maniobras en el dispositivo, mientras es atravesadopor una corriente de ensayo.

Las maniobras son:

“ O” significa abrir la corriente de ensayo

“ t” significa tiempo de espera y

“ C” significa cierre del interruptor

Primer Ensayo: Se aplica la corriente de ensayo seis veces y debe abrir cada vez quese aplique esa corriente.

Secuencia de maniobras: O – t – O – t – O – t – O – t – O – t – O – t

Segundo Ensayo: Se le aplica una corriente de 500 amperios y se realizan tresoperaciones de apertura y cierre.

Secuencia de maniobras: CO – t – CO – t – CO

Tercer Ensayo: Se le aplica una corriente de 1500 amperios y se realizan cincooperaciones de apertura y cierre.

Secuencia de maniobras: O-t-O-t-CO

Ensayo Final: Se aplica la corriente nominal de cortocircuito que puede ser de 10,000amperios, por ejemplo, en un ciclo de tres maniobras.

Secuencia de maniobras: O-t-CO

Al final el dispositivo debe quedar sin daños mecánicos.

Valores Normalizados de Corrientes de Cortocircuitos

Según la norma NTP IEC 60698, los valores normalizados de la capacidad decortocircuito nominal son de:

1 500, 3 000, 4 500, 6 000 y 10 000 amperios.

Los valores de 1 000, 2 000, 2 500, 5 000, 7 500, 9 000 amperios son tambiénconsiderados como normalizados en algunos países.

7.10 Calculo de Cortocircuito

Para hacer estos cálculos necesitamos conocer el valor de la resistencia de losconductores y para ello podemos tomar el catálogo de un fabricante o hallarlo medianteel uso de la relación física de la resistividad. Vamos a usar este último.

La fórmula es la siguiente:

R=ρ.L/S

La resistividad del cobre, que es el único material que puede usarse, según norma, parainstalaciones eléctricas en baja tensión es de 0.0172

Ejemplo 7.8

Calcular la corriente que se produce en un circuito formado por un conductor de 2m delongitud, de cobre, de 1 5mm2 de sección. Si este se conecta a una fuente de tensión de220 voltios con un factor de potencia de 1.

Solución

Resistencia del conductor.

R=(0.072).(2m)/(1.5mm2)

R=0.096Ω

Corriente que pasa por el conductor

I=V/R=(220V)/(0.096Ω)

I=2 291.7 Amperios.

Ejemplo 7.9

En circuito mostrado en la figura está formado por una fuente de corriente alterna de 220voltios, una resistencia de 100Ω y conductor de cobre de 1 5mm2. Calcular la corrienteque pasa por el circuito si la longitud desde la fuente a la resistencia es de 1m.

I=2.2 Amperios.

Los dos ejemplos anteriores muestran la diferencia entre una alta y baja resistencia quese conectan a una determinada fuente de tensión.

El ejemplo 6 2 puede tomarse como una lámpara conectada a una fuente y el ejemplo6.1 como, el mismo circuito, pero quitando la lámpara, de tal forma que ahora el circuitotiene una resistencia muy pequeña. Esto ilustra, por ejemplo, lo que pasaría si al quererconectarla, por error o mala conex ión, justamos los dos conductores del circuito. Estogenera un “ cortocircuito” y su resultado es una corriente muy alta.

Ejemplo 7.10

Calcular la corriente que se produce en un circuito formado por un conductor de 2m delongitud, de cobre, de 2 5mm2 de sección. Si este se conecta a una fuente de tensión de220 voltios con un factor de potencia de 1.

Solución

Resistencia del conductor.

R=(0.072).(2m)/(2.5mm2)

R=0.0576Ω

Corriente que pasa por el conductor

I=V/R=(220V)/(0.0576Ω)

I=3 819.4 Amperios.

Si compara el resultado del ejemplo 6.3 con el 6.1, se puede deducir que, a menorresistencia, mayor corriente.

Ejemplo 7.11

Calcular la longitud de conductor de cobre, de 1.5mm2 de sección, necesaria paragenerar una corriente de 10 000 amperios, si este se conecta a una fuente de tensión de220 voltios con un factor de potencia de 1.

Solución

Calculo de la resistencia.

R=V/I=(220V)/(10 000 Amperios)

R=0.022Ω

Longitud total del conductor.

L=(0.022Ω). (2.5mm2)/(0.072)

L=0.76m

Longitud del circuito:

Lc=0 38m

Con estos ejemplos, podemos concluir en lo siguiente:

Los cortocircuitos en una vivienda, se deben calcular considerando que “ pueden”ocurrir en los tomacorrientes más cercanos al tablero de distribución principal.

Si queremos obtener menores posibilidades de corrientes altas por cortocircuitos, esrecomendable instalar los tomacorrientes a longitudes mayores a los 3m.

Cabe indicar que el cálculo de la corriente de cortocircuito, de forma teóricamenteex acta, se hace considerando la tensión en la fuente real desde donde se suministra laenergía eléctrica. Para el caso de nuestra vivienda, tendríamos que tomar la fuentedesde la central de generación eléctrica que puede ser una central hidráulica, térmica,eólica, solar, etc.

Luego hay que conocer la impedancia (resistencia + inductancia + capacitancia) de lasredes eléctricas que van desde la central hasta la vivienda.

Este cálculo no es imposible, pero si escapa a los requerimientos para dimensionar losdispositivos de una vivienda. Los ejemplos mostrados anteriormente no son ex actosteóricamente debido a que falta incluir la impedancia de las redes ex ternas aunque elerror incurrido no es tan significativo.

En la norma de proyectos eléctricos, se indica que la empresa concesionaria debeproporcionar la potencia de cortocircuito en el punto de conex ión con lo cual seobtendría un valor más preciso.

7.11 Protección contra Sobretensiones

Las sobretensiones se refieren a tensiones que superan los valores nominales o los quepueden soportar los equipos y electrodomésticos. Se estiman en el orden del 10% haciaarriba como valores nocivos o peligrosos. Su alto valor puede dañar y desencadenareventos lamentables en las instalaciones eléctricas y las personas.

En nuestro País, la tensión nominal para las viviendas es de 220 voltios y según laNorma Técnica de la Calidad de los Servicios Eléctricos (NTCSE), las empresasconcesionarias deben entregar a cada hogar como máx imo 220 V + 5% que equivale a231 voltios y como mínimo 220 V - 5% que equivale a 209 voltios. Valores fuera de eserango originan procesos de sanción y multas a las empresas concesionarias. El objetivoes proteger al usuario.

Por lo tanto es importante, para cualquier usuario, que la tensión eléctrica que llega atodas las partes de las instalaciones eléctricas de nuestra casa se mantenga en rangosque nuestros artefactos puedan soportar. En todos los electrodomésticos y equipos,como las lámparas, los fabricantes estampan una placa de especificaciones técnicas olas escriben sobre una parte visible del equipo, donde muestran los rangos de tensión,frecuencia y corriente en las que funcionan normalmente.

La garantía de estos equipos sólo cubre condiciones en las cuales se respeten estasespecificaciones. Si mira la descripción técnica de una lámpara, por ejemplo, puede verque indica como rango de tensión entre 220-240V, que son los valores dentro de loscuales, el fabricante, garantiza que este artefacto responderá a las especificacionesindicadas.

Puede hacer lo mismo, con los demás y podrá notar que, en la mayoría, la tensiónmáx ima recomendada por los fabricantes es de 240 voltios. Este valor es superior a lamáx ima tensión que las empresas concesionarias están en la responsabilidad deentregar. Teóricamente, podemos decir que es imposible que nuestros artefactos sedañen por sobretensiones.

En realidad, no es posible considerar una instalación eléctrica, totalmente libre desobretensiones Estas pueden ocurrir por efectos atmosféricos o maniobras inadecuadasen las redes eléctricas. Para ambos casos la empresa concesionaria está enresponsabilidad de instalar equipos mitigadores de estos efectos sobre sus redeseléctricas para evitar afectar de forma indirecta a las viviendas, pero siempre ex istirá laposibilidad de que nuestras instalaciones sean afectadas.

En las redes eléctricas permanentemente se conectan y desconectan subestaciones de

distribución o centros de transformación para cargas de diferente tipo que van desdedomésticas y comerciales hasta industriales. Estas generan sobretensiones transitorias,que no son tan potentes como una descarga atmosférica o la caída de un rayodirectamente en la red, pero que degradan la calidad de suministro.

La mayoría de los artefactos actualmente tienen componentes electrónicos que son muysensibles a las variaciones de tensión y su vida útil se ve afectada si esto ocurre deforma frecuente.

Las perturbaciones en la calidad del suministro definidas por el estándar del IEEE hansido organizadas en siete categorías, según la forma de la onda:

1. Transitorios

2. Interrupciones

3. Bajada de tensión / subtensión

4. Aumento de tensión / sobretensión

5. Distorsión de la forma de onda

6. Fluctuaciones de tensión

7. Variaciones de frecuencia

Las causas de los transitorios incluyen rayos, puesta a tierra deficiente, encendido decargas inductivas, liberación de fallas de la red eléctrica y descargas electrostáticas.Las consecuencias más temidas son el daño físico de los equipos. El rayo, es la causamás perjudicial, determinada hasta ahora.

Los dispositivos de protección más viables contra estos defectos son los SPD (SurgeProtective Device) o Dispositivo protector contra Sobretensiones.

7.13 Dispositivo Protector contra Sobretensiones Permanente

Las sobretensiones permanentes con aquellas que se mantienen en la red de formapermanente originadas por defectos en la conex ión o cortes del neutro. Cuando latensión supera el 10% de del valor nominal y permanece en ese valor por varios cicloso segundos, se trata de una sobretensión permanente.

La diferencia entre una sobretensión transitoria y una permanente, es que la primeratiene una duración de micros segundos, es una perturbación muy rápida a tal punto quesólo somos capaces de ver los efectos de ella.

Para proteger a la instalación eléctrica de una vivienda de este tipo de sobretensionesse debe instalar un dispositivo que sea capaz de desconectar la instalación de la fuentede tensión. Esto se logra instalando una bobina de protección que controla la tensión dela instalación. Esta se instala junto al interruptor automático general o del circuito que sedesea proteger, de tal forma que permita provocar el disparo del interruptor cuando labobina detecte una sobretensión permanente.

7.13 Protección contra sobretensión total.

Una protección contra todo tipo de sobretensiones requiere de implementar undispositivo contra sobretensiones transitorias y contra sobretensiones permanentes.Pero, ex isten lugares donde las descargas atmosféricas no son comunes e incluso nohay eventos de este tipo durante el año, con lo cual una protección contrasobretensiones permanentes es suficiente.

8. Ejemplo de Aplicación

Una Vivienda Unifamiliar de dos plantas tiene un área total de 180m2, de los cuales sólo150m2 están techados. Lo restante es área verde dedicado a jardines y cochera. Ambasplantas tiene 75m2 como área techada, cada una.

La Vivienda, se ubica en una zona donde la temperatura promedio es de 30 C conprecipitaciones pluviales anual de 700mm que en promedio se puede considerarmoderada.

El Arquitecto ha indicado que la vivienda tendrá las siguientes característicasespeciales:

1. Alumbrado en la fachada y áreas libres con lámparas LED con una potenciatoral de 50W distribuidas en 10 unidades de 5W.

2. Una bañera con hidromasajes.3. Una sala de estudio con aire acondicionado.

Luego de las coordinaciones con el Arquitecto y los propietarios de la vivienda, sedeterminó las siguientes instalaciones especiales:

1. El alumbrado especial será de 50W que incluye todas las áreas libres.2. La bañera que eligió es una del tipo redonda que usa dos motores con un

total de 2HP.3. El aire acondicionado será de 1200W.4. En la cocina se instalará una trituradora de 0.7HP, cafetera eléctrica,

campana ex tractora para la cocina a gas y los demás artefactoscomunes.

5. En el segundo baño se instalará una ducha con terma de 800W.6. Los dos baños tendrán ex tractores de aire.

Luego de revisar los planos y realizar la inspección al lugar de la vivienda, se determinólas siguientes consideraciones, coordinadas con el Arquitecto:

1. El alimentador principal desde el medidor al tablero será soterrado y tendráuna longitud total de 20m.

2. Se midió la resistividad eléctrica del terreno y se obtuvo 66Ω-m. Con estevalor se recomendó que mejoraran el terreno del jardín como parte de laconstrucción para tener mejores condiciones del pozo. Al final se obtuvouna resistividad de 30Ω-m

3. El espesor de las paredes del perímetro de la vivienda es de 20cm.

4. En la primera planta estará ubicada la sala de estudio.5. En la segunda planta estarán los baños que llevan terma y bañera con

hidromasajes.

SOLUCION

8.1 Condiciones Iniciales

Factor de potencia (fp) = 0 98

Tipo de conex ión = Monofásica.

Tensión Nominal = 220V

Tipo de Instalación para alimentador principal = D (enterrado)

Tipo de Instalación para alimentador secundario = A1 (en pared de concreto)

8.2 Cálculo de la Máxima Demanda.

MD1-Por ár ea techada

Primeros 90m2=2 500W

Nos queda=150m2-90m2=60m2

Por cada 90m2 o fracción en ex ceso=60m2/90m2=0.67

Como cada fracción debe tomarse como unidad, se toma 1.

Carga básica=2 500W

Carga adicional=(1)(1 000W)=1 000W

Máx ima Demanda por Área Techada=3 500W=3 5kW

MD2-Por calefacción

Demanda por Calor=0kW

Demanda por Frio=1.2kW

Se elige el mayor

La Máx ima Demanda por calefacción es de 1 2Kw

MD3-Por cocina eléctr ica

Cocina única=0W

Ex ceso de 12 000W=0W

La Máx ima Demanda por cocina eléctrica es de 0kW

MD4-Por calentador es de agua

Terma en baño 2=8000W

La Máx ima Demanda por calentadores de agua es de 0.8kW

MD5-Por car gas adic ionales

Se debe calcular considerando que la vivienda no tiene cocina eléctrica.

Para este caso las cargas adicionales no superan los 1 500W, por lo tanto, para estecaso, esta se considerará las cargas menores con un factor de demanda del 100% .

Cargas > 1 500W = 0 W

Cargas ≤ 1 500W

Tina de hidromasajes = (2 HP).(735.5W/HP) = 1 471W

Alumbrado áreas libres = 50W

Trituradora de alimentos = (0.7 HP) (735 5W/HP) = 515W

Cafetera Eléctrica = 1 200W

Campana ex tractora = 45W

La Máx ima Demanda por cargas adicionales es de 3 281W

MDT-Máxima demanda total

MDT=MD1+MD2+MD3+MD4+MD5

MDT=3 500W+1 200W+0W+800W+3 281W

MDT=8 781W

8.2 Cálculo aplicando las condiciones iniciales

Calculo de la cor r iente

I=P/V.fp

I =8 781W/(220Vx 0.98)

I=40.7 A.

Selección del Conductor por tipo de instalac ión.

Para tipo D, corresponde de 6mm2 con corriente admisible de 47 Amperios.

Cálculo dela resistencia del conductor.

8.3 Cálculo de los circuitos

Como en el primer nivel estará la sala de estudios y la sala principal, se considerará uncircuito estabilizado.

Como la casa es de dos plantas se tendrán dos tableros. Uno para cada planta.

La bañera de hidromasajes, la terma y el aire acondicionado tendrán cada uno uncircuito independiente con el objetivo de no perjudicar al resto de la instalación de lavivienda cuando se hagan trabajos de mantenimiento, reemplazo o reparaciones enellos. Este mismo criterio debe aplicarse en caso sea necesario incluir otroequipamiento como una electrobomba, por ejemplo.

Por lo tanto tendríamos en total 08 circuitos distribuidos de la siguiente manera

Tablero de la primera planta

- 01 Circuito para alumbrado.- 01 Circuito para tomacorrientes.- 01 Circuito estabilizado.- 01 Circuito para el aire acondicionado.

Tablero de la segunda planta

- 01 Circuito para alumbrado.- 01 Circuito para tomacorrientes.- 01 Circuito para la bañera de hidromasajes.- 01 Circuito para la terma.

8.4 Cálculo de la Puesta a Tierra

Valor medido

ρ=66Ω-m

Ahora vamos a utilizar la varilla de 5/8 pulgada de diámetro y 2.40m de longitud.

L=2.40m

D=5/8” = 0.015875m.

Aplicando la fórmula

R=28.03 Ω

Este valor no es adecuado, así que debemos mejorar la resistividad del terreno o instalardos pozos a tierra en la vivienda. Pero gracias a las coordinaciones con el Arquitecto ypropietario se mejoró el terreno y se obtuvo una resistencia de 12.74Ω, lo cual essuficiente.

8.5 Selección del Interruptor Termomagnético

Tipo de disparo: C

In=40 Amperios.

Característica: Interruptor termomagnético de dos polos de 40 Amperios.

En este caso no hemos seleccionado el de 50 amperios, por que el 0.7 es un valorpequeño y se puede ex tinguir en el tiempo y frecuencia de operación simultánea de losequipos de la vivienda.

Inf=1.13In=45 2 Amperios.

If=1.45In=58 Amperios.

Im1=5In=200 Amperios.

Im2=10In=400 Amperios.

Especificación: Interruptor Termomagnético Bipolar In=40 amperios, Curva C.

Condic iones Inic iales y Calculadas

Vn = 220V

I = 40.7 A.

Selección del Inter r uptor

8.6 Selección del Conductor Principal

El conductor que se había seleccionado para el circuito principal de la vivienda era de6mm2, pero se debe tener en cuenta que la corriente de disparo del interruptor debe sermenor que la corriente máx ima admisible del conductor.

Entonces, tenemos que:

Imd: Corriente de máx ima demanda=407 amperios

Ic1: Corriente admisible del conductor para 6mm2=46 amperios.

Ic2: Corriente admisible del conductor para 10mm2=63 amperios.

In: Corriente nominal de Interruptor=40 amperios.

If: Corriente de disparo del Interruptor=58 amperios.

Y, se debe cumplir que:

Imd<If<Ic

Si aplicamos esta fórmula a los dos conductores tenemos

40.7<58<46 …………… !Incorrecto!

40.7<58<63 …………… !Correcto!

Selección del conductor

Cantidad de conductores: 02

Método de instalación: D

Temperatura Ambiente: 30 C

Factor de corrección: 1

Aislamiento: PVC

Tipo de aislamiento recomendado: THW

Especificación completa: Conductor 2x 10mm2 THW-90

8.7 Selección del Conductor por Circuito

Circuito de Alumbrado de la primera y segunda planta

La potencia que vamos a considerar será de 500W, lo que equivale a instalar y poner afuncionar en forma simultánea 25 lámparas LED de 20W cada una.

Calculo de la cor r iente

I=P/V.fp

I =500W/(220Vx 0 98)

I=2.3 A.

Selección del Conductor por tipo de instalac ión.

Los circuitos de alumbrado van por techo empotradas por lo tanto el tipo de instalaciónes A1 y corresponde un conductor mínimo de 1 5mm2 con corriente admisible de 14.5Amperios, muy superior a lo que necesitamos.

Cálculo dela resistencia del conductor.

Vn = 220V

L = 20m (la más grande posible para tener mayor seguridad en el diseño)

Calculo de la Resistencia del Conductor.

R=ρ L/S

R= 0.01724*(20m)/1 5mm² = 0 23Ω

R = 0 23Ω.

I=2.3 A.

Cálculo de la Caída de Tensión

∆V = I R = (2.3)*(0.23) = 0.53V

La tensión que llega a este circuito ya no es 220V, pues una parte se ha perdido en elcircuito alimentador principal y que ha hemos calculado.

Ahora tendremos una caída de tensión total igual a 2.34V+0.53V=2.87V

∆V (% ) = ∆V/Vn = 2.87*100/220 = 1.3%

Este valor es adecuado para el circuito alimentador.

Tipo de disparo: C

In=6 Amperios. (Este es el valor mínimo recomendado por la norma)

Característica: Interruptor termomagnético de dos polos de 6 Amperios.

Inf=1.13In=6.78 Amperios.

If=1.45In=8.7 Amperios.

Im1=5In=30 Amperios.

Im2=10In=60 Amperios.

Especificación: Interruptor Termomagnético Bipolar In=6 amperios, Curva C.

Selección del conductor por Pr otección

Imd<If<Ic

Si aplicamos esta fórmula a los dos conductores tenemos

2 3<8.7<14 5 …………… !Correcto!

Cantidad de conductores: 02

Método de instalación: A1

Temperatura Ambiente: 30 C

Factor de corrección: 1

Aislamiento: PVC

Tipo de aislamiento recomendado: THW

Selección del Inter r uptor

Especificación completa: Conductor 2x 1 5mm2 THW-90

Circuito del Aire Acondicionado

La potencia de este equipo es de 1 200W.

Calculo de la cor r iente

I=P/V.fp

I =1 200W/(220Vx 0.90)

El factor de potencia hay que tomarlo de la especificación del equipo que se va instalar.En este caso hemos tomado de uno referencial.

I=6.1 A.

Selección del Conductor por tipo de instalac ión.

Este circuito se instalará por paredes y techo empotrada, por lo tanto el tipo deinstalación es A1 y corresponde un conductor mínimo de 1.5mm2 con corrienteadmisible de 14 5 Amperios, muy superior a lo que necesitamos. Pero el Códigorecomienda como sección mínima la de 2 5mm2 con corriente admisible de 19 5amperios para circuitos derivados.

Cálculo dela resistencia del conductor.

Vn = 220V

L = 10m (Hay que medir la distancia adecuada en el plano y comprende desde elTablero)

Calculo de la Resistencia del Conductor.

R = ρ L/S

R = 0.01724*(10m)/2.5mm² = 0.069Ω

R = 0.0.69Ω.

Cálculo de la Caída de Tensión

∆V = I R = (6.1)*(0.0.69) = 0.42V

La tensión que llega a este circuito ya no es 220V, pues una parte se ha perdido en elcircuito alimentador principal y que ha hemos calculado.

Ahora tendremos una caída de tensión total igual a 2.34V+0.42V=2.76V

∆V (% ) = ∆V/Vn = 2.76*100/220 = 1.3%

Este valor es adecuado para el circuito alimentador.

Tipo de disparo: C

In=8 Amperios.

Característica: Interruptor termomagnético de dos polos de 8 Amperios.

Inf=1.13In=9.04 Amperios.

If=1.45In=11.6 Amperios.

Im1=5In=40 Amperios.

Im2=10In=80 Amperios.

Especificación: Interruptor Termomagnético Bipolar In=8 amperios, Curva C.

Selección del conductor por Pr otección

Imd<If<Ic

Si aplicamos esta fórmula a los dos conductores tenemos

6.1<11.6<19.5 …………… !Correcto!

Cantidad de conductores: 02

Método de instalación: A1

Temperatura Ambiente: 30 C

Factor de corrección: 1

Aislamiento: PVC

Selección del Inter r uptor

Tipo de aislamiento recomendado: THW

Especificación completa: Conductor 2x 2 5mm2 THW-90

Circuito de la Terma

La potencia de este equipo es de 800W.

Calculo de la cor r iente

I=P/V.fp

I =800W/(220Vx 1.00)

El factor de potencia hay que tomarlo de la especificación del equipo que se va instalar.En este caso hemos tomado de uno referencial.

I=3.63 A.

Selección del Conductor por tipo de instalac ión.

Este circuito se instalará por paredes y techo empotrada, por lo tanto el tipo deinstalación es A1 y corresponde un conductor mínimo de 1.5mm2 con corrienteadmisible de 14 5 Amperios, muy superior a lo que necesitamos. Pero el Códigorecomienda como sección mínima la de 2 5mm2 con corriente admisible de 19 5amperios para circuitos derivados.

Cálculo dela resistencia del conductor.

Vn = 220V

L = 10m (Hay que medir la distancia adecuada en el plano y comprende desde elTablero)

Calculo de la Resistencia del Conductor.

R = ρ L/S

R = 0.01724*(10m)/2.5mm² = 0.069Ω

R = 0.0.69Ω.

Cálculo de la Caída de Tensión

∆V = I R = (3.63)*(0.069) = 0.25V

La tensión que llega a este circuito ya no es 220V, pues una parte se ha perdido en elcircuito alimentador principal y que ha hemos calculado.

Ahora tendremos una caída de tensión total igual a 2.34V+0.25V=2 59V

∆V (% ) = ∆V/Vn = 2.59*100/220 = 1.2%

Este valor es adecuado para el circuito alimentador.

Tipo de disparo: C

In=6 Amperios. (Este es el valor mínimo recomendado por la norma)

Característica: Interruptor termomagnético de dos polos de 6 Amperios.

Inf=1.13In=6.78 Amperios.

If=1.45In=8.7 Amperios.

Im1=5In=30 Amperios.

Im2=10In=60 Amperios.

Especificación: Interruptor Termomagnético Bipolar In=6 amperios, Curva C.

Selección del conductor por Pr otección

Imd<If<Ic

Si aplicamos esta fórmula a los dos conductores tenemos

6.1<8.7<19 5 …………… !Correcto!

Cantidad de conductores: 02

Método de instalación: A1

Temperatura Ambiente: 30 C

Factor de corrección: 1

Selección del Inter r uptor

Aislamiento: PVC

Tipo de aislamiento recomendado: THW

Especificación completa: Conductor 2x 2 5mm2 THW-90

Circuito de la Tina con Hidromasajes

La potencia de este equipo es de 1 471W.

Calculo de la cor r iente

I=P/V.fp

I =1 471W/(220Vx 0.90)

El factor de potencia hay que tomarlo de la especificación del equipo que se va instalar.En este caso hemos tomado de uno referencial.

I=7.43 A.

Selección del Conductor por tipo de instalac ión.

Este circuito se instalará por paredes y techo empotrada, por lo tanto el tipo deinstalación es A1 y corresponde un conductor mínimo de 1.5mm2 con corrienteadmisible de 14 5 Amperios, muy superior a lo que necesitamos. Pero el Códigorecomienda como sección mínima la de 2 5mm2 con corriente admisible de 19 5amperios para circuitos derivados.

Cálculo dela resistencia del conductor.

Vn = 220V

L = 10m (Hay que medir la distancia adecuada en el plano y comprende desde elTablero)

Calculo de la Resistencia del Conductor.

R = ρ L/S

R = 0.01724*(10m)/2.5mm² = 0.069Ω

R = 0.0.69Ω.

Cálculo de la Caída de Tensión

∆V = I R = (7.43)*(0.069) = 0.51V

La tensión que llega a este circuito ya no es 220V, pues una parte se ha perdido en elcircuito alimentador principal y que ha hemos calculado.

Ahora tendremos una caída de tensión total igual a 2.34V+0.51V=2.85V

∆V (% ) = ∆V/Vn = 2.85*100/220 = 1.3%

Este valor es adecuado para el circuito alimentador.

Tipo de disparo: C

In=8 Amperios.

Característica: Interruptor termomagnético de dos polos de 8 Amperios.

Inf=1.13In=9.04 Amperios.

If=1.45In=11.6 Amperios.

Im1=5In=40 Amperios.

Im2=10In=80 Amperios.

Especificación: Interruptor Termomagnético Bipolar In=8 amperios, Curva C.

Selección del conductor por Pr otección

Imd<If<Ic

Si aplicamos esta fórmula a los dos conductores tenemos

7.43<11.6<19.5 …………… !Correcto!

Cantidad de conductores: 02

Método de instalación: A1

Temperatura Ambiente: 30 C

Selección del Inter r uptor

Factor de corrección: 1

Aislamiento: PVC

Tipo de aislamiento recomendado: THW

Especificación completa: Conductor 2x 2 5mm2 THW-90

Circuito de Tomacorrientes del Primer Piso

La potencia por área techada es de 3 5KW para toda la casa y como cada planta tiene lamitad de área entonces la carga por área techada para el primer y segundo piso es de 1750W.

Pero en el caso del primer piso tenemos cargas adicionales que considerar como lacafetera eléctrica, el triturador de alimentos y la campara ex tractora de la cocina. Por lotanto la potencia de este circuito se debe considerar en: 1 750W+1 200W+515W+45W=3510W

Calculo de la cor r iente

I=P/V.fp

I =3 510W/(220Vx 0.95)

El factor de potencia se ha tomado como promedio de los equipos y referenciales.

I=16.8 A.

Selección del Conductor por tipo de instalac ión.

Este circuito se instalará por paredes y techo empotrada, por lo tanto el tipo deinstalación es A1 y corresponde un conductor mínimo de 2.5mm2 con corrienteadmisible de 19 5 amperios.

Cálculo dela resistencia del conductor.

Vn = 220V

L = 10m (Hay que medir la distancia al equipo más alejado desde el Tablero)

Calculo de la Resistencia del Conductor.

R = ρ L/S

R = 0.01724*(10m)/2.5mm² = 0.069Ω

R = 0.0.69Ω.

Cálculo de la Caída de Tensión

∆V = I R = (16.8)*(0.069) = 1.16V

La tensión que llega a este circuito ya no es 220V, pues una parte se ha perdido en elcircuito alimentador principal y que ha hemos calculado.

Ahora tendremos una caída de tensión total igual a 2.34V+1.16V=3 5V

∆V (% ) = ∆V/Vn = 3.5*100/220 = 1.6%

Este valor es adecuado para el circuito alimentador.

Tipo de disparo: C

In=16 Amperios.

Característica: Interruptor termomagnético de dos polos de 16 Amperios.

Inf=1.13In=18.08 Amperios.

If=1.45In=23 2 Amperios.

Im1=5In=80 Amperios.

Im2=10In=160 Amperios.

Especificación: Interruptor Termomagnético Bipolar In=16 amperios, Curva C.

Selección del conductor por Pr otección

Imd<If<Ic

Si aplicamos esta fórmula a los dos conductores tenemos

16.8<23.2<19 5 …………… !Incorrecto!

Selección del Inter r uptor

Debemos seleccionar un conductor con mayor corriente admisibles que debe ser elinmediato superior: 4mm2 con corriente admisibles de 26 amperios.

16.8<23.2<26 ….…………… !Correcto!

Cantidad de conductores: 02

Método de instalación: A1

Temperatura Ambiente: 30 C

Factor de corrección: 1

Aislamiento: PVC

Tipo de aislamiento recomendado: THW

Especificación completa: Conductor 2x 4mm2 THW-90

Circuito de Tomacorrientes del Segundo Piso

La potencia por área techada es de 3 5KW para toda la casa y como cada planta tiene lamitad de área entonces la carga por área techada para el primer y segundo piso es de 1750W.

En el caso del segundo piso tenemos cargas adicionales pero que se han consideradocon sus propios circuitos independientes. Por lo tanto la potencia de este circuito sedebe considerar en 1 750W

Calculo de la cor r iente

I=P/V.fp

I =1 750W/(220Vx 0.98)

El factor de potencia se ha tomado como promedio de los equipos y referenciales.

I=8.1 A.

Selección del Conductor por tipo de instalac ión.

Este circuito se instalará por paredes y techo empotrada, por lo tanto el tipo deinstalación es A1 y corresponde un conductor mínimo de 2.5mm2 con corriente

admisible de 19 5 amperios.

Cálculo dela resistencia del conductor.

Vn = 220V

L = 10m (Hay que medir la distancia al tomacorriente más alejado desde el Tablero)

Calculo de la Resistencia del Conductor.

R = ρ L/S

R = 0.01724*(10m)/2.5mm² = 0.069Ω

R = 0.0.69Ω.

Cálculo de la Caída de Tensión

∆V = I R = (8.1)*(0.069) = 0.56V

La tensión que llega a este circuito ya no es 220V, pues una parte se ha perdido en elcircuito alimentador principal y que ha hemos calculado.

Ahora tendremos una caída de tensión total igual a 2.34V+0.56V=2 9V

∆V (% ) = ∆V/Vn = 2.9*100/220 = 1.3%

Este valor es adecuado para el circuito alimentador.

Tipo de disparo: C

In=10 Amperios.

Característica: Interruptor termomagnético de dos polos de 10 Amperios.

Inf=1.13In=11.3 Amperios.

If=1.45In=14 5 Amperios.

Im1=5In=50 Amperios.

Im2=10In=100 Amperios.

Selección del Inter r uptor

Especificación: Interruptor Termomagnético Bipolar In=10 amperios, Curva C.

Selección del conductor por Pr otección

Imd<If<Ic

Si aplicamos esta fórmula a los dos conductores tenemos

8.1<14.5<19 5 …………… !Correcto!

Cantidad de conductores: 02

Método de instalación: A1

Temperatura Ambiente: 30 C

Factor de corrección: 1

Aislamiento: PVC

Tipo de aislamiento recomendado: THW

Especificación completa: Conductor 2x 2 5mm2 THW-90