Manual de Canalizaciones

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MANUAL DE CANALIZACIONES

MANUAL PARA LA REALIZACIÓN DE CANALIZACIONES

PRELIMINAR – PARA COMENTARIOS

Elaborado por Gabriela Visconti y Gerardo Alvarez Departamento de Instrumentación Enero, 2005.

MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN TABLA DE CONTENIDO DESCRIPCIÓN

PÁGINA

.1 INTRODUCCIÓN.................................................................................................5 .2 CANALIZACIONES ELÉCTRICAS DE INSTRUMENTACIÓN POR CONDUITS.............6 2.1 Descripción, Selección y Montaje de Accesorios y Componentes Usados en Canalizaciones Eléctricas de Instrumentación por Conduits...............................6 2.1.1 El Tubo Conduit......................................................................................6 2.1.2

Accesorios tipo Condulet.....................................................................8

2.1.3 Uniones y Reducciones........................................................................13 2.1.4 Sellos Cortafuego.................................................................................15 2.1.5 Respiradores y Drenajes......................................................................17 2.1.6 Conectores y Prensaestopas................................................................19 2.1.7 Cables y Multicables para Instrumentación..........................................20 2.1.8 Cajas de Conexión...............................................................................25 2.2 Prácticas, Guías y recomendaciones para el diseño de Canalizaciones Aéreas por conduit...........................................................................................26 2.2.1 Consideraciones Generales para Evitar Interferencias Electromagnéticas o Reducirlas a Valores Despreciables............................................................27 2.2.2 Guías y Consideraciones para la Segregación de Señales en Conduits. 28 2.2.3 Consideraciones para el Cableado y Conexión de Señales de Potencia e Instrumentación............................................................................................29 2.2.4 Precauciones a Tomar Debido a la Presencia de Campos Magnéticos de Corrientes Alterna.........................................................................................29 2.2.5 Arreglo Simétrico de Circuitos..............................................................30 2.2.6 Consideraciones para el Tendido y Soporte de los Conduits................30 2.2.7 Consideraciones para el Montaje e Interconexionado de las Cajas de Conexiones...................................................................................................32 2.2.8 Cálculo de la Capacidad de Llenado de los Conduits............................33 3 CANALIZACIONES ELÉCTRICAS DE INSTRUMENTACIÓN POR MEDIO DE CANALES __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN PORTACABLES Y BANDEJAS.................................................................................35 3.1 Tipos de Canales y Bandejas Portacables...................................................36 3.2 Acabados y Recubrimientos para Canales y Bandejas Portacables Metálicos ........................................................................................................................36 3.2.1 Recubrimientos de Zinc.......................................................................36 3.2.2 Electrogalvanizado (ASTM B633)..........................................................37 3.2.3 Pregalvanizado (ASTM A 525 – Capa Comercial)..................................37 3.2.4 Galvanizado en Caliente por Inmersión (ASTM A386)...........................37 3.2.5 Revestimiento Epóxico.........................................................................38 3.3 Descripción, Selección y Montaje de canales, Bandejas, Accesorios y Componentes Usados en Canalizaciones de Instrumentación...........................38 3.3.1 Tramos Rectos.....................................................................................38 3.3.2 Curvas.................................................................................................39 3.3.3 Derivaciones, cruces y Reducciones.....................................................39 3.3.4 Accesorios de Conexión: Uniones, Conectores, Tapas y Bajantes.........39 3.4 Guías y Prácticas Recomendadas para el Diseño de Canalizaciones por Canal o Bandejas Portacables..........................................................................40 3.4.1 Selección del Tamaño y Material de la Bandeja o Canal Portacable......40 3.4.2 Factores Estructurales a Considerar en los Sistemas Portacables........41 3.4.3 Consideraciones y Recomendaciones para Determinar los Puntos de Apoyo y las Uniones en los Sistemas Portacables.........................................44 3.4.4 Consideraciones y recomendaciones para el diseño del recorrido de sistemas portacables....................................................................................45 3.4.5 Dimensionamiento de Canales y Bandejas Portacables........................46 3.4.6 Puesta a Tierra para Sistemas Portacables...........................................47 4 CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS PARA SEÑALES DE INSTRUMENTACIÓN......48 4.1 Tipos de Canalizaciones Subterráneas.......................................................48 4.1.1 Canalizaciones Subterráneas por Bancadas.........................................49 4.1.1.1 Consideraciones y Recomendaciones para Canalizaciones Subterráneas por Bancadas.......................................................................49 4.1.2 Canalizaciones Subterráneas por Zanjas..............................................50 4.1.2.1 Consideraciones y Recomendaciones para las Canalizaciones __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Subterráneas por Zanjas............................................................................51 4.1.3 Tendido Subterráneo por Canales........................................................52 4.1.3.1 Consideraciones y Recomendaciones para el Diseño de los Canales Subterráneos.............................................................................................52 5 GUÍA PARA EL DISEÑO DE PLANOS DE CANALIZACIONES ELÉCTRICAS DE INSTRUMENTACIÓN.............................................................................................52 5.1 Aspectos Preliminares e Información Necesaria.........................................53 5.2 Guías y Recomendaciones Generales.........................................................55 5.3 Notas Generales y Específicas....................................................................56 5.4 Simbología y Leyenda................................................................................57

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN .1

INTRODUCCIÓN Actualmente el uso de instrumentos y dispositivos de medición y Control eléctrico y electrónico en plantas industriales, ha aumentado vertiginosamente en las últimas décadas. Requerimientos de precisión, versatilidad, confiabilidad y control óptimo, han contribuido con este auge. Debido a ello, la transmisión de señales eléctricas y electrónicas provenientes de estos instrumentos y dispositivos, ha hecho de las canalizaciones por medio de cables, uno de los medios de transmisión más empleada. Todo esto, ha generado, a través del tiempo, una serie de normas, procedimientos y recomendaciones por parte de las diferentes instituciones y comisiones a nivel mundial, que sobre la base de su experiencia, se han abocado a la tarea de buscar soluciones a los problemas que plantea este tipo de transmisión en el campo de la instrumentación. El presente manual, pretende principalmente introducir al ingeniero o proyectista de instrumentación dentro de esta rama de la disciplina; y posteriormente darle las bases y conocimientos necesarios que deben considerarse para el diseño e implementación de las canalizaciones eléctricas de instrumentación. Se ha tratado de realizar éste manual de forma tal que el lector pueda entenderlo fácilmente así no posea un conocimiento extenso de la materia, poniendo énfasis en explicar detalladamente todos los factores involucrados en el diseño de canalización, así como los motivos por los cuales se deben considerar estos factores. Este manual consta de cinco capítulos desarrollados de la siguiente forma, del capítulo 1 al capítulo 4, se estudian los diferentes sistemas de canalizaciones eléctricas. Para cada uno de los métodos de instalación, se realiza una descripción de los componentes principales utilizados en cada una de ellas, y se exponen detalladamente, las recomendaciones y guías para el diseño de las mismas. En el capítulos 5 se exponen las canalizaciones desde la óptica de un proyecto, las consideraciones y recomendaciones para realizar los planos de canalizaciones de Instrumentación, los procedimientos a seguir, simbología, referencias, y en general información útil para la elaboración de planos y detalles. Es el propósito de este documento servir de guía para los iniciados en este campo, y como manual de consulta para los que ya se encuentran trabajando en esta actividad. Sin embargo, debe mencionarse que este manual, esta lejos de constituir un documento final, por lo que, debe ser enriquecido y actualizado con base a la experiencia que los usuarios puedan aportar.

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN .2

CANALIZACIONES ELÉCTRICAS DE INSTRUMENTACIÓN POR CONDUITS En este capitulo, se describirá primeramente el sistema de instalación y canalización por conduits, aplicado al campo de la instrumentación únicamente. Debido a que este sistema es el mayormente aplicado en Venezuela, para áreas peligrosas, será descrito y analizado el detalle, describiendo primeramente, los componentes, accesorios y dispositivos más usados en las canalizaciones por conduits y posteriormente se darán las guías y recomendaciones para el diseño, de manera de facilitar el trabajo al diseñador y asegurar al mismo tiempo, una buena ejecución del mismo, con economía de tiempo y esfuerzo. 2.1 Descripción, Selección y Montaje de Accesorios y Componentes Usados en Canalizaciones Eléctricas de Instrumentación por Conduits 2.1.1 El Tubo Conduit Los tubos constituyen junto con las cajas de conexiones y de paso, los componentes principales de este sistema de canalizaciones. Sus funciones son: -

Confinar los cables eléctricos en un espacio cerrado, evitando la propagación de posibles explosiones hacia el medio ambiente. Proteger los cables contra daños mecánicos y condiciones climáticas severas. Servir de medio de soporte de los cables.

Los tubos conduits pueden ser clasificados de acuerdo a: A.-

Material: - Acero Galvanizado: Uso industrial, para intemperie. - Aluminio: Uso industrial y comercial, para interiores. - PVC: Uso industrial, para tendidos subterráneos ó ambientes corrosivos.

Servicio: -

Liviano: Mat. Acero galvanizado ó PVC, SCH 40. Pesado: Mat. Acero galvanizado, SCH 80.

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN

Conexión: - Para serie Liviana y Pesada: conexión roscada NPT. - Para todos los restantes tipos de Conduit: conexión tipo EMT (contra penetración de concreto). Presentación: Todos los tubos conduit de acero galvanizado, vienen en longitudes de 3 mts, con ambos extremos roscados y con un anillo de unión. Los tubos conduits no metalicos (PVC) pueden venir en longitudes de 3 metros o mayores. Tamaños Comerciales: Los tubos conduits rígidos vienen en los siguientes tamaños comerciales: ½”, ¾”, 1”, 1 ¼”, 1 ½”, 2”, 2 ½”, 3”, 3 ½”, 4”, 4 ½”, 5”, y 6”. Es de hacer notar que el diámetro aquí descrito se considera medio entre los bornes interiores del tubo (diámetro interior). Existen además los tubos conduits flexibles, que al igual que el anterior, se clasifican de acuerdo a: A.-

Material: Generalmente son de metal, aunque algunas veces es utilizado el PVC ó materiales similares en ciertas aplicaciones.

Requerimientos: Deben ser herméticos al agua, y de requerirse pueden pedirse con recubrimientos de PVC ó materiales similares para uso en ambientes corrosivos. Si se requieren para ser usados en áreas peligrosas; como Clase 1 Div.1. deben ser “a prueba de explosión”, por lo que generalmente está recubiertos de una “malla” o tejido de acero, y en sus extremos, vienen con conectores especificados para esta clasificación. También se denominan uniones flexibles. El conduit flexible, generalmente se usa en las canalizaciones eléctricas para: facilitar la conexión entre los instrumentos y el conduit rígido, evitando curvaturas especiales en conduits rígidos donde la falta de espacio dificulte el arreglo, o cuando se requiera conectar conduit rígido a equipos y dispositivos con vibraciones. En la fig.1 se muestra distintos tipos de conduits flexibles. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Fig. 1. Ejemplos de Conduits Flexibles Presentación: Los tubos conduits flexibles “a prueba de líquidos”, vienen en tamaños comerciales desde 3/8” hasta 4”, se suministran en carretes de diferentes longitudes. Sin embargo los conduits flexibles “a prueba de explosión”, vienen en diámetros desde ½” hasta 4” y se debe especificar la longitud requerida (desde 4” hasta 36”), así como el tipo de conexión en sus extremos (macho x hembra, ó hembra x hembra), se piden por piezas. 2.1.2

Accesorios tipo Condulet Son elementos en forma de cajas, donde se enroscan los tubos conduits, y se utilizan en las canalizaciones para: -

Puntos de salida para halar los cables durante la instalación. Proveer aberturas para hacer empalmes y tomas (derivaciones) en los conductores. Usarse como puntos de montaje de luminarias, detectores de humo u otros dispositivos. Conectar secciones de conduits. Realizar todo tipo de bifurcaciones en la canalización. Proveer acceso a los conductores para mantenimientos y futuros cambios del sistema.

Existe una amplia gama de accesorios tipo condulets, abarcando aplicaciones especificas, uso en áreas peligrosas, uso general con juntas planas y roscadas, etc. A continuación se describirán los principales tipos de condulets empleados en las __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN canalizaciones, así como los usados en áreas peligrosas. Accesorios Condulets para áreas no clasificadas (Propósito General) Los accesorios condulets están clasificados en varios tipos según la forma de conexión que tengan (ver catálogo Crouse-Hinds por ejemplo.) De acuerdo al grado de protección que posee la junta plana, existen tres clases, para cada uno de los tipos de condulets: Forma 7: En esta forma, el cuerpo condulet es de pared fina y su principal diferencia con respecto a los otros, es que el cierre de la tapa es a presión, ya que el cuerpo no posee receptáculos para atornillar. Frecuentemente, la tapa utilizada para esta forma, posee dos “clamps” o grapas, una en cada extremo. Para asegurar un cierre hermético, generalmente se utiliza una empacadura de neopreno. Esta forma no es muy utilizada en canalizaciones a la intemperie, ni donde puedan estar sometidos a vibraciones. Forma 8: La diferencia principal con respecto a la Forma 7, es que el cuerpo del condulet, posee una pared más gruesa, y por ende es el aprobado para usarse con conduits de la serie liviana y pesada. El cierre se garantiza con dos tornillos (para diámetros desde ½” hasta1 ½”), ó con 4 tornillos (para diámetros de 2” y mayores). Tiene un área interior mayor que la forma 7, lo que facilita el halado de los cables. Esta forma es la recomendada para las canalizaciones de instrumentación en áreas no clasificadas, y si se usa conjuntamente con una empacadura de neopreno, se asegura un cierre hermético a prueba de lluvia y entrada de polvo. Forma 9: (También llamada Mark 9) es parecida a la forma 7, ya que el cuerpo es de pared delgada, sin embargo, se diferencia de éste, en que posee al igual que la forma 8, tornillos que aseguran el cierre. Pueden usarse en ambientes exteriores, conjuntamente con empacaduras de neopreno para garantizar cierre hermético a prueba de lluvia. Posee menos resistencia a los esfuerzos mecánicos, que la forma 8. Además de los anteriormente enumerados, existen accesorios condulet, para tuberías de aluminio (tipo EMT) cuyas características principales son: el cuerpo es de pared fina, viene para conexión a conduit tipo “socalo” con tornillos a presión y posee cierre entre la tapa y el cuerpo con dos tornillos. Se utiliza también con empacadura de neopreno. No son a prueba de agua y generalmente se usa en instalaciones bajo techo o interiores, para empotrar en concreto o paredes de bloques, ya que son herméticos al concreto. Existen también accesorios condulet denominados “mongul”, para aplicaciones especiales donde se requiere un área interna de mayor tamaño para facilitar en ciertas aplicaciones, el halado de cables. Generalmente se usan como punto de halado de cable canalizados por bancadas (subterráneos) intercalados entre __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN tanquillas, cuando éstas se encuentran separadas por distancias considerables. Sus características principales, son: poseen un área interna aproximadamente seis veces mayor que el área del conduit, el diseño de la tapa está construido de tal forma que facilite e halado y acceso de los cables a las cajas. En la Fig 2 se muestran algunos tipos de accesorios Mogul.

Fig 2. Accesorios Tipo Mogul Accesorio condulet para áreas clasificadas (peligrosas) Al igual que los anteriores existen una gama muy amplia de accesorios para ser usados en áreas clasificadas como peligrosas. Dependiendo de la clasificación de áreas, los accesorios pueden ser del tipo junta plana o roscada. Las diferencias con respecto a los condulets para áreas no clasificadas, radica fundamentalmente en que para áreas peligrosas, los accesorios son más robustos, y dependiendo del tipo de junta que utilicen, deben cumplir con las características “a prueba de explosión”. La tabla 1y 1-A muestra los tipos de accesorios según su forma, utilizados para áreas clasificadas como Clase I, Div 1. junta roscada (serie GUA). Adicional a esta serie y para uso en las mismas áreas peligrosas enumeradas arriba, existe también una serie que utiliza al tipo de junta plana. Sin embargo sólo está disponible para diámetro de ½” y ¾”. Para áreas clasificadas como Clase I, Grupos A, B, C, D, Clase II y Clase III, se utilizan únicamente accesorios con tapas roscadas, y cuya diferencia fundamental con respecto a la serie GUA, es el número de vueltas completas que debe tener el accesorio condulet para esta clasificación. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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TABLA 1.- ACCESORIOS TIPO GUA PARA ÁREAS CLASIFICADAS __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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TABLA 1-A.- ACCESORIOS TIPO GUA PARA ÁREAS CLASIFICADAS __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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2.1.3 Uniones y Reducciones La reducción básicamente es usada para pasar de una instalación de un diámetro grande (que requerirá gran número o elevado calibre de conductores) a una de menor diámetro. Esto puede ocurrir: -

Cuando toda una pequeña instalación se puede hacer con elementos más pequeños y, por supuesto, más económicos.

-

Cuando se va a conectar a una instalación de gran diámetro dispositivos de medida estándar como instrumentos, botoneras, etc.

-

Cuando al hacer el recorrido del conduit se va sumando señales de los instrumentos y se debe pasar a un diámetro de conduit mayor.

Debe hacerse notar que la colocación de una reducción en ningún caso altera la clasificación de un elemento, ya que ella cumple con la condición establecida de número de vueltas y puede ser considerada como parte del conduit. Sin embargo, se debe tener cuidado en la instalación de lubricar bien el elemento, teniendo en cuenta la factibilidad de que se deban realizar futuras modificaciones al sistema. En cuanto a las uniones, su uso es para conexión de conduit a conduit, de conduit a caja ó de conduit a “fitting”. Algunos casos donde se debe (o recomienda) usar uniones son: -

Para instalar elementos que puedan ser removidos por futuros mantenimientos o sustitución. Para facilitar la instalación en situaciones que de otra manera la hagan incomoda (estas uniones son de tipo universal). Para conectar dos secciones de instalación que vayan evolucionando separadamente.

En la fig. 3 y 3-A se muestra los diferentes tipos de uniones y reducciones.

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Fig. 3 Diferentes Tipos de Reducciones.

Fig. 3-A Diferentes Tipos de Uniones.

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN 2.1.4 Sellos Cortafuego El Código Eléctrico Nacional en su apartado 501-5 establece que accesorios sellados, rellenos con un compuesto aprobado sean colocados en determinados lugares de una instalación en áreas peligrosas. Estos elementos limitan el volumen, evitan la propagación de la llama y onda explosiva si éstas se producen, además de utilizarse también para aislar localidades peligrosas de diferente clasificación. El sello de ningún modo debe ser considerado como un elemento aislante ni suponer que el accesorio por si mismo (sin el compuesto adecuado) hace más segura la instalación. Ubicación de los Sellos En localidades peligrosas, el CEN establece que se debe usar sellos en los siguientes casos: -

Donde el conduit se conecta a una caja que encierra equipo que produzca arcos, chispas o elevadas temperaturas. El sello debe colocarse a 18” (460 mm) o menos de la caja que el aísla. Donde el conduit conecta una caja que contiene terminales empalmes o “taps”, si el diámetro de éste es de al menos 2”. Donde el conduit sale de un área Div. 1 a otra Div. 2 ó de ésta a un área no peligrosa.

En los dos primeros casos, una de las principales funciones de los sellos es limitar el volumen de la potencial explosión. Es necesario limitar el volumen debido a que tanto la temperatura de la llama, como las presiones generadas por la explosión, guardan una relación directa con el volumen del recinto. Por otra parte, si se dejaran los conduits sin sellos, se produciría una acumulación de presión. Este fenómeno se debe a que la onda expansiva va comprimiendo los gases aún no inflamados haciéndolos aún más explosivos. Par el tercer caso existe una razón más: cuando una explosión viaja sin restricción a través de una tubería larga, el frente de llama puede acelerarse hasta encender la velocidad del sonido. Esto origina una onda de choque viajando delante del frente de llama, similar a la producida por un avión supersónico. De esto resulta una explosión de tal violencia que las presiones pueden ser hasta 10 veces mayores a las presiones normales de explosión de gas. A éste fenómeno se le denomina detonación. La detonación ocurre en longitudes relativamente cortas de conduit vacío (ej. 4.5 m), pero afortunadamente la presencia de los conductores internos casi siempre presenta suficiente restricción como para evitarlo, por lo menos en tuberías de sección transversal menores a 2”. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Tuberías con un diámetro interno de 2” ó más, deben por eso ser selladas como medida extra de protección cuando conectan a cualquier caja que contenga empalmes, tomas o derivaciones. Tipos de Sellos Existen sellos para todo tipo de ubicación y con diversas características, como los siguientes: a.b.c.d.e.-

Sellos de colocación vertical con drenaje Sellos verticales con cubierta de inspección Sellos verticales con cubierta y drenaje Sellos de colocación vertical u horizontal Sellos de colocación en cualquier ángulo

En la Fig. 4. Se muestran algunos tipos de sellos cortafuegos:

Fig. 4

Diferentes Tipos de Sellos Cortafuego

El Compuesto Sellador El CEN especifica que los sellos deben contener un compuesto aprobado que sea resistente a los efectos de la intemperie y de la atmósfera peligrosa considerada. Es este compuesto el que efectivamente detiene la propagación de una explosión soportando las presiones que esta produce. La norma de construcción (UL) que rige la elaboración de sellos por parte del fabricante, especifica claramente que cada sello se aprueba con su respectivo compuesto sellador y no con otro cualquiera. Por otra parte, debe tenerse claro que el compuesto sellador no debe ser usado como aislante. Dicho compuesto debe ser además resistente a la gasolina, nafta, alcohol, petróleo, benzol o tinner. El procedimiento de sellado se realiza una vez que toda la instalación eléctrica se __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN haya probado, y cuando se tenga la completa seguridad del buen funcionamiento, ya que se debe tener presente que una vez realizado el sellado, la canalización queda condenado en lugares donde fue sellada. El vaciado de los sellos se realiza de la siguiente forma: primeramente se introduce fibra de asbesto u otro material similar en ambos extremos del sello, procurando que los cables queden en el centro de las aberturas de enrosque del sello, y a la vez separados entre sí. Esta fibra mantiene los conductores separados entre sí y sirve de tope para que el compuesto sellador no fluya hacia el conduit. Seguidamente se prepara una mezcla del compuesto sellador con agua e inmediatamente ésta es vaciada en el sello hasta el límite que se indica en cada caso. Por último se coloca el tapón para cerrar la abertura de vaciado del sello.

Fig. 5 Compuesto Sellante Chico X Consideraciones al Seleccionar los Sellos Se debe seleccionara el sello apropiado de acuerdo a la posición que éste tenga en el montaje. Esto resulta particularmente crítico cuando el conduit va de un área peligrosa a otra no peligrosa, la colocación impropia del sello puede permitir que gases ó vapores peligrosos penetren en el sistema más allá del sello permitiéndoles escapar hacia otras partes del área peligrosa o introduciéndose a través del conduit hacia áreas no peligrosas. Por ello, algunos sellos son diseñados para ser montados en cualquier posición, sin embargo otros están restringidos a ser montados en posición vertical únicamente. 2.1.5 Respiradores y Drenajes La humedad es un factor importante a tomarse en cuenta para el diseño de la instalación por conduit ya que aún en localidades consideradas secas, es sorprendente la cantidad de agua que se acumula en los sistemas de conduit cerrados. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Ningún sistema por conduit es hermético a la penetración de aire por lo que éste “respira” debido a la variación alternativa (incremento y disminución de la temperatura y/o la variación de la presión barométrica producida por cambios climáticos), o también debido a la naturaleza misma del proceso involucrado, en donde el sistema conduit está instalado, más aún si se considera que la mayor parte de las plantas de proceso son ubicadas cerca de las costas donde la condensación y humedad del ambiente alcanza altos porcentajes. El proceso que ocurre en estos ambientes es el siguiente: el aire es conducido al interior del sistema conduit cuando este “inspira”. Si este aire está cargado con humedad ésta se condensará dentro del sistema cuando la temperatura disminuya y enfríe el aire. Las condiciones internas no favorecen la evaporación, por lo que el agua resultante de la condensación fluirá dentro del sistema hacia los lugares más bajos. Debido a que el ciclo de respiración se repite indefinidamente, se aumentará entonces la acumulación de agua dentro del sistema, es por ello que prácticamente en todas las instalaciones por conduit, se deben instalar en lugares apropiados (en donde se espera la acumulación de agua) los drenajes. Por otra parte, el uso de respiraderos asegura una buena ventilación dentro del conduit, lo cual minimiza la condensación en su interior, y aumente la eficiencia del drenaje. Como norma de buena práctica, se debe instalar un respiradero ó “breather” por cada drenaje utilizado, en todos los puntos donde el diseñador considere que puede haber acumulación de agua por condensación. Además, los conduit que realizan los largos recorridos en forma horizontal, deben ser ligeramente inclinados para favorecer la circulación del agua hacia puntos bajos donde se colocarán drenajes. Respecto al mantenimiento de los drenajes y respiraderos, debe recordarse que estos elementos deben ser lubricados para su instalación y frecuentemente revisados. Algunos de ellos tienen un manipulador para remover la suciedad, no obstante, siempre será probable que se obstruyan, en cuyo caso deberán removerse y limpiarse (con elemental precaución de desenergizar el sistema). Existe una amplia variedad de respiraderos y drenajes, inclusive accesorios con la combinación de ambos para aplicaciones donde el uso de un respiradero en el tope no es práctico o se carece de espacio para su instalación. Como características propias se puede decir que la capacidad de los drenajes oscila entre 0.5 cc y 50 cc, de agua por minuto dependiendo del modelo, y para los respiraderos, varía entre 0.01 y 0.5 pies cúbicos por minuto dependiendo también del modelo seleccionado. En la fig. 6 se observan diferentes modelos de respiraderos y drenajes.

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Fig. 6 Diferentes Tipos de Respiraderos y Drenajes

2.1.6 Conectores y Prensaestopas Los conectores y prensaestopas, son instalados en las canalizaciones para: -

Proveer acceso de cables (armados o no) ó conduits flexibles al interior de un encapsulado, a través de las paredes del recipiente ó por medio de conduit rígido. Formar un apriete mecánico firme para cables, asegurando un sello resistente al agua y/o aceite. Formar una conexión antideslizante o terminación para cables (armados o no), o conduit flexibles. Al ser instalados en combinación con un sello cortafuego, proveer acceso de cables (armados o no), al interior de recipientes en áreas peligrosas. (Solo Clase I, grupos C y D). Proveer continuidad de aterramiento para cables armados y conduit flexibles.

Existe en el mercado una gran variedad de conectores y prensaestopas para toda la gama de aplicaciones posibles. Para seleccionar el accesorio apropiado en una determinada aplicación se debe tener presentes ciertas consideraciones. -

La selección del conector o prensaestopa, está directamente relacionada con el tipo de cable a instalar, así como los factores climáticos presentes en el área una vez concluida la instalación. Es necesario realizar una apropiada adaptación entre el conector o prensaestopas y el cable, a fin de prevenir un daño físico al cable en el momento de la instalación. Debido a ello es preferible utilizar siempre conectores y prensaestopas que realicen el apriete por compresión del “bushing” contra la chaqueta del cable a fin de evitar daño a esta.

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Es de hacer notar que existen ciertas diferencias entre los prensaestopas, dependiendo si los cables son armados o no, y si por encima de la armadura el cable tiene una chaqueta del PVC u otro material similar. 2.1.7 Cables y Multicables para Instrumentación Los cables para uso en el campo de la instrumentación están directamente involucrados con el tipo de señal que deben transmitir. Es por ello que, antes de proceder a describir los tipos de cables más usados se deben enunciar y explicar cuáles son las señales de instrumentación y como se clasifican. Existe una gran variedad de señales eléctricas utilizadas en el campo de la instrumentación, y dependiendo del tipo de señal, son requeridas consideraciones especiales, en cuanto al tipo de cable, conexiones, condiciones climáticas, aterramientos, pantallas, etc., a fin de evitar o al menos disminuir hasta valores despreciables cualquier tipo de interferencia que pueda afectar a un determinado tipo de señal. Basado en estas consideraciones, las señales eléctricas normalmente encontradas en las plantas de proceso, refinerías y plantas químicas; pueden ser agrupadas en varias clases: digitales, analógicas, temperatura, comunicación etc La escogencia del tipo de cables entonces, dependen de todos los factores antes mencionados, y de otros tales como, resistencia mecánica, tipo de instalación, etc., los cuales serán descritos en capítulos siguientes. Debido a estos factores, las normas exigen ciertas características en los cables, las cuales definen un tipo de cable específico para cada aplicación. Estas especificaciones se dan a continuación. Tamaño del Conductor El tamaño del conductor o calibre viene indicado por un número par donde la sección del conductor aumenta mientras menor es el número, seguido de la nomenclatura AWG (American Wire Gage). Para aplicaciones en instrumentación, generalmente se utilizan calibres desde 22 AWG (más fino), hasta 12 AWG (más grueso). Generalmente y para la mayoría de las aplicaciones donde se requiere un conductor simple se utiliza calibre 14 AWG; para un par sencillo se utiliza calibre 16 AWG; y para multiconductores apareados calibre 20 AWG. Otros calibres pueden ser seleccionados por razones de economía, espacio u otros requerimientos. Como buena práctica se debe seleccionar el calibre del conductor tan pequeño como sea posible y que a la vez no cause una caída excesiva de tensión, y además sea lo suficientemente fuerte y fácil de manipular.

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Tipo de Núcleo del Conductor: El conductor puede ser de cobre sólido o conformado por hilos de este material, arrollados entre sí de forma helicoidal. Este último es preferido sobre el primero ya que proporciona una mayor flexibilidad y resistencia al doblar el cable. Los conductores con 19 hilos son los recomendados cuando se requiere una gran flexibilidad, pero normalmente son usado conductores conformados por siete hilos. Aislamiento: El aislamiento del cable debe ser adecuado para aislar el conductor, de acuerdo a la tensión y la corriente que éste debe soportar. La mayor parte de las señales eléctricas descritas anteriormente, son de tensión pequeñas y con potencias menores de 5 Vatios, por lo que los aislamientos requeridos para 300 y 600 voltios no son mandatarios para estas señales con niveles tan bajos de operación. Por ello, el aislamiento para cables de señales puede ser más delgado. Sin embargo, las pérdidas eléctricas entre conductores se incrementan al estar sometidos a ambientes con altos niveles de humedad, por ello los cables colocados en conduits, deben tener aislamientos adecuados, cuando las tensiones y los rangos de operación aumenten en forma considerable. Por otra parte, el material del aislamiento debe estar de acuerdo a los requerimientos del Código Eléctrico Nacional (CEN). Tipos y Aplicaciones de los Aislamientos Termoplásticos (cloruro de polivinilo) El aislamiento termoplástico (tipo TW y THW) según el CEN resiste muy bien el ataque de productos químicos y aceites, y es recomendado para todas las aplicaciones en plantas de procesos por debajo de los 600 voltios y para los cuales no se exceda el rango de temperatura de 60°C para el tipo TW, y de 105 °C para el tipo THW (en calibres desde #22 AWG hasta #5 AWG). También es usado como una chaqueta externa en otros tipos de cables Polietileno. El aislamiento de polietileno se utilizó primeramente en Estados Unidos para los cables de comunicaciones, debido a que fue especialmente adaptado para aplicaciones en altas frecuencias. El polietileno de baja densidad y alto peso molecular es ahora usado en aplicaciones para niveles de potencia bajos y medios. Entre sus características principales destacan: capacitancias e inductancias específicas muy bajas (SIC), bajos factores de potencia, altas propiedades dieléctricas, y buena protección contra picos de corriente con tensiones altas. Puede ser usado con rangos de temperatura hasta de 75 °C. También puede usarse como chaqueta externa, ya que es hermético a la humedad (no higroscópico) y posee un bajo coeficiente de fricción. El polietileno de alta densidad es principalmente usado, donde se requieran una alta resistencia a la abrasión. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Este tipo de aislamiento es más rígido que el de baja densidad, por lo que en una instalación, debe ser considerado este factor. Polietileno Clorosulfonatado Este tipo de polietileno fue implementado para ciertas aplicaciones. Tiene una amplia gama de temperaturas, puede ser usado en temperaturas ambientales tan bajas como – 65 °C, ó tan altas de hasta 90 °C (temp. del conductor). El aislamiento es flexible y resistente a la vez, por lo que generalmente no se requiere de chaqueta externa. Se utiliza para conductores con tensiones bajas ya que sus características dieléctricas y el factor de potencia no permiten su uso con tensiones muy elevadas. Goma de Etileno Propileno (EPR) El EPR tiene una excelente resistencia al efecto corona y es muy flexible. Debido a sus magníficas propiedades eléctricas, térmicas y físicas, tanto el EPR como el Polietileno reticulado son considerados dos de los mejores aislamientos para aplicaciones en voltajes medios (2000 V o más) disponibles para usos generales. Polietileno Reticulado El polietileno reticulado es un material termoestable derivado de la vulcanización de polietileno, a una presión y temperatura elevada, de forma tal que el polietileno deja de ser de naturaleza termoplástica. Es por lo tanto, un material que posee las propiedades eléctricas del polietileno termoplástico, y a elevadas temperaturas, las características mecánicas de los materiales termoestables. El proceso que tiene lugar en la vulcanización del polietileno, consiste en que las cadenas de moléculas de polietileno convencional son entrelazadas entre sí, constituyendo una red molecular reticulada. Las propiedades físicas de estos aislamientos incluyen un esfuerzo alto de tensión mecánica, buen alargamiento, excelente resistencia al impacto y a la compresión y un bajo coeficiente de fricción superficial. Estas propiedades junto con la de ser químicamente inerte, en la mayoría de los ambientes y de excelente resistencia al ozono (efecto corona), han permitido usarlo sin chaqueta general en aplicaciones donde debido a los niveles de tensión involucrados, se requiera una pantalla metálica sobre el conductor aislado. Opera a temperaturas de hasta 90°C. Goma Butil Este aislante puede ser usado en plantas de proceso, donde el contacto con aceite no sea un problema. La experiencia indica que el aceite puede penetrar fácilmente este tipo de aislamiento. Sin embargo, posee excelentes propiedades no higroscópicas (hidrófugo) por lo que puede ser usado sin chaqueta externa de protección. Sus características eléctricas lo hacen indicado para utilizarse con tensiones superiores a los 35 KV en cables de potencia y alimentadores. Aislamiento Mineral y Cubierta Metálica (MI) __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN El cable con aislante mineral y cubierta metálica tipo MI, consiste en conductores de cobre aislados con óxido de magnesio, el cual es un material refractario altamente comprimido, estando éste a su vez en una cubierta metálica continua de cobre hermética a líquidos y a gases. Este cable no requiere de conduits, y usualmente se utiliza para canalizaciones en bandejas ó canales portacables. El CEN reconoce el uso de este cable en lugares peligrosos Clase I Div, 1. Siempre y cuando se utilicen conjuntamente con prensaestopas aprobados para estas áreas. Cables con Envoltura de Aluminio (ALS) En este tipo de cable, los conductores aislados son recubiertos por un tubo cerrado de aluminio. Este cable, al igual que el armado, no requiere de conduits, y puede ser enterrado directamente. El cable con cubierta ALS es aprobado por el CEN para usos en áreas Clase I División 2. Cables con Armaduras ó Armados Prácticamente cualquier tipo de cable se puede pedir con armadura. Esta consiste en una chaqueta general de aluminio, bronce o acero galvanizado. En este último caso, la armadura puede ser de alambres ó flejes perforados en espiral (“interlocked”). Los cables armados no requieren conduit, pueden ser instalados en bandejas, canales portacables o en canalizaciones subterráneas, enterrados directamente. El cable armado es aprobado por el CEN para áreas Clase I División 2, siempre y cuando se utilicen los conectores y prensaestopas aprobados para estas áreas. Rango de Temperatura: El cable debe tener un rango de temperatura mayor que la encontrada en medio ambiente donde será instalado, incluyendo un factor de seguridad. Se recomienda salvo consideraciones especiales, que los cables tengan un rango de temperatura de 75 °C como mínimo. Cubierta Externa La cubierta o chaqueta externa debe ser hecha de un material resistente a la humedad, agentes abrasivos, antideflagrante o retardante a la llama, y en general compatible con el medio ambiente donde será instalada. Blindaje: Esta cubierta se requiere para aquellos tipos de señales que puedan ser susceptibles a interferencias o “ruidos”. El blindaje preferible es una cinta o folio de metal o en su defecto, una cinta plástica con una capa metálica (aluminizada). Este blindaje debe estar eléctricamente en contacto con un conductor de cobre desnudo (llamado drenaje), que corre en toda la extensión del cable junto con los conductores que conforman el par. El blindaje debe colocarse en forma espiral alrededor del drenaje y del par, recubriéndolos totalmente a todo lo largo del cable y con al menos un 25% de solapamiento. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN A este conjunto se le conoce como “par apantallado o blindado”. Trenzado de los Pares: Aparte del blindaje o apantallado, los pares, pueden pedirse trenzados entre sí, para los casos en los cuales, puedan estar sometidos a inducción electromagnética, debido a campos eléctricos generados por cables con niveles de tensión muy altos (ej: cables de potencia o iluminación). La norma especifica que el completas por pie de longitud.

trenzado debe tener como mínimo ocho vueltas

Identificación de los Conductores y Pares. La identificación de los conductores simples o de los pares es importante durante la instalación, chequeo inicial y para encontrar problemas de conexionado en los circuitos de instrumentación. Por tal motivo, la identificación se realiza por números y/o colores. Si se codifican por números, cada conductor se numera y se utiliza un solo color para el aislamiento de todos los conductores del cable. Este tipo de codificación, se utiliza generalmente para cables con conductores sencillos. En los casos donde se utilice para multiconductores conformados por pares trenzados al menos uno de los conductores deberá estar identificado. La ventaja de utilizar este código es que proporciona una independencia sobre la habilidad para visualizar los colores y, simplifica la variedad de conductores al fabricar el cable. Sin embargo, posee la desventaja de requerir un tiempo mucho mayor para buscar un conductor determinado en Multicables con gran cantidad de conductores, que en el caso de usarse la combinación de colores. Por otro lado, los conductores o pares, se pueden identificar por colores. Generalmente, se utiliza una codificación estandarizada para la identificación de conductores sencillos. No obstante, algunos fabricantes de cables, prefieren utilizar una combinación de números y colores para la identificación de multiconductores con pares. Así, cada par se enumera consecutivamente; y cada uno de sus conductores, se diferencia por medio de dos diferentes colores, los cuales se repiten en todos los pares del multiconductor. El color negro es usualmente designado como negativo, y el otro color, (rojo ó blanco) es el positivo (según API). Cabe aclarar, que esto no ha sido aceptado universalmente, y algunas normas utilizan distinta codificación, donde el color negro indica el positivo y blanco o rojo es el conductor negativo (según CEN). Cables para Termopares: Los cables para termopares merecen una explicación especial, ya que debido al principio de funcionamiento en que se basa el termopar, éste requiere de cables con características especiales. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Los conductores que conforman cada par, son hechos de materiales diferentes, especialmente construidos para un tipo de termopar dado. Así, se tienen pares que pueden estar construidos por un conductor de cobre y otro de Constantán, ó de Hierro-Constantán, etc. Debido a esto, se han estandarizado los colores de los aislamientos para cada conductor dependiendo del tipo de termopar. Además se ha definido un color específico para la chaqueta externa de cada tipo de termopar. Debido a esta estandarización, cuando un cable posee más de un par, estos se identifican con números, y conservan en cada par el color respectivo. Salvo estas diferencias, todas las demás características descritas para el cable de instrumentación (blindaje, trenzado, etc.); se cumple también para los cables de termopares. 2.1.8 Cajas de Conexión Las cajas de conexión son usadas para: -

Proveer lugares convenientes para realizar la conexión de los cables provenientes de los instrumentos. Sirve además para: juntar, identificar, y realizar arreglos ordenados de los cables. Proveer puntos de empalme, a fin de facilitar la instalación o el tendido de los cables, cuando existen grandes longitudes de tendido. Prever lugares apropiados para realizar pruebas y reparaciones asociadas a los circuitos o cableados de instrumentación. Agrupar en punto los pares sencillos provenientes de los instrumentos en campo a fin de llevar las señales a la Sala de Control a través de multiconductores. Con este arreglo se obtienen varias ventajas: disminuye los costos de cableado, proporciona puntos convenientes de inspección y pruebas, y permite dejar reserva en las cajas para futuras ampliaciones.

Factores a Considerar para la Selección de las Cajas de Conexiones Las cajas de conexiones de instrumentación deben ser seleccionadas de acuerdo al servicio requerido. Aunque esto parece obvio, frecuentemente, es pasado por alto. Los factores involucrados en la selección y diseño de una determinada caja son: a.- Localización: Uso interior o exterior. b.- Clasificación eléctrica del área. c.- Considerar el método de protección a emplear (seguridad intrínseca, entrada indirecta, etc.). d.- Grado de protección requerida (utilizar normas IP ó NEMA). e.- Material de construcción de acuerdo al tipo de ambiente donde será instalada (Ej. Acero galvanizado, poliéster, etc.) f.- Dimensiones según cantidad y tipo de bornes. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN g.- Requerimiento en cuanto a sistemas de seguridad para el acceso al interior (candados, cerraduras, etc.). h.- Facilidad para acceso al interior: Número y tipo de puertas o tapas. i.- Costo mínimo para instalación y mantenimiento. En el mercado existe una gran variedad de cajas que abarcan toda la gama de aplicaciones. En la fig.7 se muestran diferentes tipos de cajas, utilizadas en la mayoría de los diseños para señales de instrumentación.

Fig. 7 Tipos de Cajas de Conexiones 2.2 Prácticas, Guías y recomendaciones para el diseño de Canalizaciones Aéreas por conduit Esta sección tiene por finalidad, introducir al diseñador de canalizaciones, en las prácticas, guías y recomendaciones, que junto con las normas descritas durante el capítulo, conforman una herramienta de trabajo para el diseño de canalizaciones aéreas por conduits. De esta forma, se pretende facilitar la tarea del diseñador y, al mismo tiempo asegurar una buena ejecución del diseño, con economía de tiempo y esfuerzo.

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN 2.2.1 Consideraciones Generales para Evitar Interferencias Electromagnéticas o Reducirlas a Valores Despreciables Debido a los niveles tan bajos que poseen la mayoría de las señales de instrumentación, éstas pueden ser afectadas básicamente por tres tipos de interferencias: -

Picos inductivos provenientes de campos de corrientes alterna (AC) denominados “acoplamientos electromagnéticos”. Acoplamiento electrostático o capacitivo con otros circuitos. Acoplamiento directo con otros circuitos, por fugas de corriente, lazos de corriente aterrados, o un retorno común para más de un circuito.

Para minimizar o eliminar estas interferencias se deberán tomar las siguientes medidas de precaución: -

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Usar pares trenzados con un mínimo de ocho vueltas por cada pie lineal. Esto proporciona según pruebas realizadas, de 5 a 6 veces más efectividad que instalar cables sencillos en encapsulados de metal (conduits). Realizar la ruta de las canalizaciones para señales de instrumentación, lejos de fuentes generadoras de campos magnéticos de corriente alterna. A tal efecto, considerar la mínima separación entre canalizaciones paralelas de cables de potencia y de señales de instrumentación. Eliminar o reducir las fuentes productoras de interferencias. Una de las formas de hacerlo, cuando sea posible, es trenzando los cables de potencia de manera de cancelar o reducir considerablemente, el campo magnético que produce al realizar tendidos paralelos de estos cables. Instalar las señales de instrumentación preferiblemente en conduits de metal. Reducir o eliminar el acoplamiento electrostático ó capacitivo. Una forma muy efectiva, es romper el acoplamiento entre la fuente externa de voltaje y el circuito de transmisión. Esto se logra, colocando un blindaje o pantalla metálica, alrededor de los cables de señal. De esta forma, se obtiene un acoplamiento muy fuerte entre el voltaje externo capacitivo ó electrostático y la pantalla ó blindaje metálico, produciendo un acople muy débil con los cables de señales. Es de suma importancia aterrar el conductor de drenaje de la pantalla únicamente es un solo punto del circuito. Las señales parásitas provenientes de pérdidas de corrientes entre un circuito y otro (acoplamiento directo), son comúnmente causadas por la humedad. Pueden ser reducidas o eliminadas totalmente, usando cables aislados apropiadamente (aislamientos no higroscópicos), cintas terminales, y en general, utilizando en todos los circuitos, aislamientos de gran calidad y manteniendo secos los puntos de conexión. Los voltajes no deseados que fluyen en un circuito debido al aterramiento, son eliminados totalmente, al desconectar los posibles aterramientos múltiples que pueda tener un circuito. Sólo un punto de aterramiento por un circuito es permitido. Un conductor simple que sirve como retorno para varios ramales de circuitos, causa caídas de tensión que se manifiestan en todos los circuitos con tensiones

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN indeseadas. La forma de solucionar este inconveniente, es proporcionar un par de cables separados y exclusivos para cada dispositivo generador de señal. 2.2.2 Guías y Consideraciones para la Segregación de Señales en Conduits Como norma general todas las señales en un cable ó conduit deben ser de la misma magnitud. En teoría, se pudieran colocar en un mismo conduit señales de diferentes magnitudes, si los pares individuales estuvieran tensados y apantallados, ya que la interferencia es mínima (0.1% de error). Pero en la práctica se recomienda utilizar conduits o multicables diferentes para señales con magnitudes diversas o de diferentes tipos También deben ser separados los conductores con señales AC de los que transmiten señales DC aún cuando las magnitudes de ambas sean comparables, utilizando para ello, cables y conduits diferentes. Como una guía para agrupar conductores con señales eléctricas de la misma magnitud, las normas API (American Petroleum Institute) recomiendan usar la siguiente segregación: Señales con Voltajes DC Señales < 100 mV 100 mV < Señales < 5 voltios 5 voltios < Señales < 75 voltios Señales con Voltajes AC Señales < 100 mV 100 mV < Señales < 5 voltios 5 voltios < Señales < 75 voltios Señales con Corriente DC Señales < 50 mA Adicionalmente, para algunos sensores tanto el cableado como la canalización por conduit, deben ser completamente separado de otros sensores o circuitos con señales. Estos sensores que requieren un cableado y conduit específicamente para ellos son: Medidores de flujo magnético, medidores de turbina, detectores en cromatógrafos, detectores de llama y puentes de galgas extensiométricas (sensores de peso). El cableado y la canalización de las señales de termopares no deben ser mezclados con los cables que transmiten señales de corrientes (mA), debido a la gran diferencia de potencial eléctrico que existe entre ambas señales. Las señales de termopares __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN deben ser exclusivamente cableadas y canalizadas en conduits asignados para ellas únicamente. También, los cables que transmiten señales de circuitos generadores de picos altos de tensión o corriente, tales como contactos ó bobinas de relés, válvulas solenoides, y en general todas las señales discretas (on-off), debe ser segregadas de otros cableados y conduits. Todas las señales que deben mantenerse en cables y conduits separados, también deberán tener cajas de conexiones asignadas para ellas únicamente. No se permiten cableados ni conexiones de diferentes tipos de señales y magnitudes en una misma caja de conexión. 2.2.3 Consideraciones para el Cableado y Conexión de Señales de Potencia e Instrumentación Por lo dicho anteriormente las señales de potencia e instrumentación, obviamente, no deben ser nunca canalizadas a través de un mismo conduit o caja de conexiones. Para los propósitos de instrumentación, cualquier cable que opere a más de 100 voltios AC ó DC debe ser considerado como un cable de potencia. Aquí es bueno hacer notar que se deben mantener las distancias indicadas según la fig. 50 para canalizaciones eléctricas de potencia y de instrumentación que corren paralelas en una misma área. Para estos casos, donde las canalizaciones están colocadas en arreglos verticales, la canalización con señales de instrumentación debe ir siempre encima de la canalización eléctrica. Con este arreglo se evita que las señales de instrumentación se encuentren dentro del campo electromagnético que se crea entre los cables eléctricos de potencia y en suelo (punto de tierra). En general se debe considerar en estos casos, un arreglo de los circuitos eléctricos, de arriba hacia abajo, tal como se muestra a continuación: 1.- Canalizaciones de Instrumentación 2.- Canalizaciones de Iluminación y tomacorrientes 3.- Canalizaciones con Alimentadores AC-DC de media potencia. 4.- Canalizaciones con Alimentadores de Alto-Voltaje. Este arreglo aplica también para el caso donde las canalizaciones sean por bandejas o canales portacables. 2.2.4 Precauciones a Tomar Debido a la Presencia de Campos Magnéticos de Corrientes Alterna. Se debe tomar precauciones y consideraciones especiales al realizar la ruta de las señales, teniendo siempre presente las fuentes de campos magnéticos en AC que __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN pudieran existir en un determinado lugar, por donde se proyecta pasar cables con señales de instrumentación. La interferencia debido a los campos magnéticos, ocurre cuando cables con señales pasan a través de fuertes campo de AC presentes cerca de grandes motores, generadores, hornos eléctricos, ó transformadores. Como regla general, se debe mantener una distancia mínima de 5 pies (1.5 m), entre la fuente generadora de ruido magnético y los cables de instrumentación. Para el caso de conduits de acero, esta distancia puede reducirse a la mitad. Los cruces entre canalizaciones de instrumentación y canalizaciones de electricidad muy próximos (menos de 0.3 mts) deben hacerse, en ángulos rectos, al igual que en los casos donde los cables con señales atraviesen campos magnéticos. 2.2.5 Arreglo Simétrico de Circuitos El arreglo simétrico de los equipos y conexión en un circuito de transmisión, minimiza los efectos de la interferencia eléctrica. Una línea balanceada ó simétrica, es un arreglo en el cual el instrumento ó dispositivo receptor “ve” la misma impedancia entre cada línea y el neutro. Esta impedancia, está eventualmente distribuida a lo largo del cable, esto significa, que la impedancia, capacitancia e inductancia, es la misma, a todo lo largo de cada cable. Obtener una línea completamente balanceada, es muy difícil de lograr en la práctica. Los circuitos que se aproximan bastante a una línea balanceada ó simétrica son aquellos que contienen blindajes ó pantallas, las cuales están aterradas en un sólo punto, utilizan pares trenzados, y los componentes están acoplados de tal forma, que su impedancia es igual en cualquier punto de la línea de transmisión. Los circuitos de termopares, son un ejemplo muy común de líneas no balanceadas. La resistencia de un conductor es muy diferente a la del otro conductor. Esto se debe a la marcada diferencia que existe entre la resistividad de los metales que conforman el termopar. En circuitos de termopares con largas longitudes del cable, los efectos no deseados producidos por un circuito no balanceado, son eliminados colocando uniones de referencia o bornes de compensación en una caja cuya temperatura ambiental sea similar a al unión de medición. Otra manera de eliminar estos problemas, y cuando se desea una medición más exacta, consiste en colocar un transductor o convertidor de señales de mV a señales de 4-20 mA. 2.2.6 Consideraciones para el Tendido y Soporte de los Conduits Las canalizaciones aéreas por conduit, constituyen en la práctica, sólo una parte de la canalización. Éstas son usadas para llevar los cables con señales, desde cada instrumento o dispositivo, hasta la(s) caja(s) de conexiones. Desde allí, generalmente, se utilizan multicables, los cuales son canalizados hasta la sala de control o Panel, por medio de tendidos subterráneos, ó en forma aérea, por bandejas ó canales portacables. Estos dos últimos métodos se describirán más adelante. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Muchas veces al realizar el diseño de las canalizaciones eléctricas de instrumentación en una determinada planta, el proyectista o diseñador debe regirse por normas específicas dadas por el cliente. No obstante, en ausencia de normas mandatorias especiales los siguientes métodos son los recomendados para el arreglo, tendido y soporte de conduits: -

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Los conduit no debe ser soportados de tuberías que puedan tener frecuentes reemplazos, ser removidas para inspección, u operar a altas temperaturas. En lo posible, se recomienda soportar los conduits de plataformas, techos, puentes de tuberías o “racks” u otras obras civiles, que estén exentas de vibración. Cuando lo anterior no sea posible, o existan fuertes cambios de temperatura que provoquen dilataciones en las estructuras donde el conduit es soportado, se deberán utilizar uniones o juntas expansivas en el conexionado de los ductos, a fin de dar flexibilidad a la instalación. El tendido de los conduits debe ser realizado con un número mínimo de curvas y cambios de dirección. La distancia entre los puntos de halado en un sistema conduit, depende de varios factores como el uso de lubricante durante el halado, el porcentaje del llenado del conduit, el tipo y tamaño del cable utilizado, el número y el radio de las curvaturas, y el tipo de aislamiento del cable. Los lubricantes deben ser los recomendados para estos usos, a fin de evitar daños en las cubiertas de los cables. Generalmente la distancia entre puntos de halado en una canalización por conduits de instrumentación, no debe exceder los 200 pies (60 metros) y no contener para esta distancia más de 3 curvas de 90° (270° en total), incluyendo , cambios de planos, y curvas localizadas inmediatamente adyacentes al punto de halado (según API). No obstante, el CEN, permite cuatro curvas 90° (360° en total). Para tramos de conduit entre puntos de halados, mayores a 60 metros, el máximo número de curvas debe ser reducido a 2 de 90° (180° en total). Algunas excepciones, pueden permitirse cuando los cálculos indican que la tensión y las fuerzas de fricción en las curvas, no exceden las recomendaciones del fabricante de cable. Se debe tener una precaución y un cuidado particular, cuando se requiera instalar cables especiales, como el cable coaxial. Las características eléctricas específicas de cada cable, pueden llegar a alterarse, por manipulación indebida durante la instalación.

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En todo el trayecto de conduits se debe proveer de drenajes y respiraderos, ubicados generalmente en los puntos más bajos de las canalizaciones, donde el diseñador considere que se puede acumular agua por condensación. Para la ubicación de los respiraderos y drenajes se debe tener presente, que estos elementos, requieren ser frecuentemente revisados y limpiados, por lo que deben ubicarse preferiblemente en lugares de fácil acceso. Cuando los conduits abarquen largos trayectos horizontales, éstos deberán estar ligeramente inclinados a fin de favorecer la circulación del agua hacia los puntos bajos, donde se ubicarán los drenajes. El trayecto de los conduits no debe entorpecer, obstaculizar, ni impedir los pasos

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN peatonales ni de vehículos, así como el acceso al mantenimiento de equipos o instrumentos. En el diseño del trayecto de los conduit, se deberán considerar los lugares destinados para el mantenimiento u operación de equipos, tales como intercambiadores de calor, hornos, bocas de visita a equipos, puntos de tomas de muestra, válvulas manuales y de control, interruptores, arrancadores, motores, bombas, mangueras, extintores de incendio, estaciones manuales y en general; todos los equipos y aparatos que requieran ser operados, inspeccionados o reparados no deben ser obstaculizados por trayectos de cables o conduits.

2.2.7 Consideraciones para el Montaje e Interconexionado de las Cajas de Conexiones -

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Las cajas de conexión para señales de instrumentación deben ser las apropiadas según el servicio requerido. Estos deben seleccionarse de acuerdo a los factores mencionados anteriormente, entre las más importantes caben destacar, la clasificación del área y el grado de protección requerido. Las consideraciones y prácticas para el montaje de las cajas varían ampliamente, sin embargo las prácticas más usuales son las descritas a continuación: La altura y ubicación de las cajas no han sido estandarizadas, pero la tendencia que constituye una buena guía de diseño, consiste en montar las cajas a una distancia desde el suelo o plataforma, hasta el centro de la caja entre 1.4 y 1.6 metros y ubicarla en lugares apropiados para realizar servicio, pruebas, mantenimiento y conexionado de las mismas. Las cajas pueden estar fijadas a columnas, barandas, vigas, u otras facilidades disponibles. Para los casos donde no pueden utilizarse o no existan estas facilidades, las cajas de conexiones deben montarse en soportes tipo pedestal, sujetos firmemente al suelo. Para cajas de conexiones ubicadas a la intemperie, donde frecuentemente están sometidas a la lluvia, nieve, hielo, aceite, y otras sustancias, la entrada de los cables y Conduits a la caja se deberá hacer únicamente por la parte inferior. Para los casos donde gran cantidad de conduits y cables entren a la caja y la superficie inferior no sea suficiente, se podrán utilizar los lados de las cajas de conexiones. De esta forma, y conjuntamente con los drenajes colocados en la caja y los Conduits, se evita en gran medida la penetración de agua y la presencia de humedad y agua en el interior de la misma. Las regletas terminales o borneras de conexión, deben montarse siempre en soportes aislantes de plástico ó metal, para proveer aislamiento térmico entre las paredes de la caja y los bloques terminales. También es usual, utilizar una lámina de metal como “doble fondo” para este mismo propósito. Al igual que los Conduits, se deberán asignar cajas independientes para cada tipo de señal (4-20 mA, termopares, discretas, etc.) En el caso de las señales analógicas (4-20mA), se deberá cumplir con el aterramiento de todas las señales

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN en un solo punto, por lo que, además del par, se conectará a la regleta terminal cada conductor de drenaje individual. Por otra parte, para evitar un cortocircuito accidental de las pantallas o blindajes individuales de cada par, es recomendable aislar debidamente tanto éstas, como cada alambre individual de drenaje, entre el final de la chaqueta y el borne de conexión. Es decir, sólo uno de los extremos del conductor de drenaje es aterrado, de igual forma el drenaje individual no debe de ninguna manera conectarse al instrumento ó chasis del mismo. Este debe ser aislado debidamente para evitar cualquier aterramiento accidental en el instrumento. Existen varias formas de conectar los drenajes individuales a fin de llevarlos hasta la sala de control donde serán aterrados. Una forma consiste en “puentear” todos los drenajes entre si y conectar a ellos el drenaje individual del multipar, el cual será posteriormente conectado en el otro extremo a la tierra electrónica en la sala de control. Esta forma tiene la ventaja de que los pares del multicable no requieren conductor de drenaje individual en cada par, y se ahorra bornes adicionales en los gabinetes de la sala de control. Sin embargo posee serias desventajas, una de ellas es que se disminuye la protección blindada individual en cada par del multicable, y la otra, es que sí por cualquier motivo ocurre la desconexión del conductor de drenaje general del multicable, todas las señales llevadas por éste, quedarían sin punto de aterramiento. Otro método, consiste en llevar todos los conductores de drenajes individuales por el multiconductor hasta la sala de control, donde se aterran en los gabinetes o panales de conexión. Posee la desventaja de aumentar la cantidad de bornes a utilizar, además utilizar un multiconductor con drenajes individuales (por par), encarece la instalación. Sin embargo, se obtiene mayor protección contra interferencias, y es más seguro, ya que si se desconecta uno de los drenajes, este sólo afectara al instrumento asociado a él y no a todos los demás instrumentos conectados en la misma caja de conexiones. 2.2.8 Cálculo de la Capacidad de Llenado de los Conduits La capacidad de llenado de conduits se da en función del área (interna) de ocupación máxima que puede tener un tubo conduit. Esto se debe principalmente a dos razones: primero para facilitar el paso de los cables a través del conduit, evitándose una tensión de halado excesiva que pudiera dañar los cables y la segunda razón aplica mayormente para los cables eléctricos de bajo y medio voltaje, en donde se requiere disipación térmica de los cables. Sin embargo, para las señales de instrumentación esta última razón, no sería tan importante, ya que las señales son en general, de baja potencia, por lo que el calor generado es prácticamente nulo. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN El Código Eléctrico Nacional, en la tabla 1del Capítulo 9 especifica la ocupación máxima para los tubos conduits en función de un porcentaje del área total del mismo Este porcentaje varía según la cantidad de cables a instalar dentro del conduit. De esta forma se obtiene (para conductores sin cubierta de plomo): Nro. de Conductores Para 1 Cable Para 2 Cables Más de 2 cables

Máx. % de Ocupación del Conduit 53% de llenado 31% de llenado 40 % llenado

De lo anterior, se puede observar que con un solo conductor, podemos ocupar una mayor área de la sección del conduit; mientras que para el caso de dos conductores, el porcentaje disminuye drásticamente. Esto se debe a la distribución interna de los cables, dentro del conduit y su relación con el área ocupada. Se debe tener presente que debido a la forma circular tanto de los cables como del conduit, se producen “zonas perdidas”, que no pueden ser ocupadas por los cables, que son consideradas como áreas vacías del conduit. Intuitivamente se puede observar que en el caso de un solo conductor, no hay “zonas perdidas” y el cable puede ubicarse en cualquier lugar del tubo, limitado únicamente por su área. No obstante, al colocar dos o más conductores, aparecen “áreas perdidas”, por lo que el porcentaje de ocupación máximo disminuye. Para el caso de dos conductores, el porcentaje de ocupación del conduit debe ser aún menor, ya que para esta cantidad de cables prácticamente toda la superficie sin ocupar del conduit es área perdida, por lo que la movilidad de los cables está restringida y por consiguiente la fricción y la fuerza de halado aumenta considerablemente. Cálculo del porcentaje de llenado para un tipo de cable y tamaño de conduit dado En el capitulo 9 , tabla 4 del CEN se muestra una tabla para el número máximo de conductores en conduit según el tamaño de éste tipo de cable usado. Sin embargo, esta tabla no aplica para instrumentación ya que la mayor parte de los tipos de cables mostrados, no son los utilizados para señales de instrumentación. Es por ello, que se debe proceder a elaborar una tabla con el porcentaje de llenado para cada uno de los diferentes tipos de cables de instrumentación que se utilicen en un proyecto específico. El procedimiento de cálculo es descrito a continuación: a) Primeramente se calcula el área de la sección del cable a utilizar. Para este ejemplo, se hará para un par trenzado, apantallado con conductor de drenaje y chaqueta externa de PVC; utilizado comúnmente para señales analógicas de instrumentación. Obteniendo el diámetro externo a partir del fabricante, (en este caso para el cable DEKORON N° 1852-6860-R el diámetro es de 7.29 mm) procedemos a __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN calcular el área. Área del Cable = π/4 x D2 = π/4 x (7,29 mm)2 = 41,74 mm2 b) Con este valor se busca en la tabla el conduit cuya área de ocupación sea inmediatamente mayor a la del cable (para este caso de un solo conductor se obtiene un conduit de Ø ½”). Para dos conductores, se multiplica el área del cable por dos, y se busca en la sección de dos (31%), donde se obtiene un conduit de Ø ¾”. A partir de tres conductores se calcula con una sencilla regla de tres (tomando los valores de áreas de la columna del 40%), tal como se muestra a continuación:

Para conduit. Ø ¾”. Si 1 cable -----41,74 mm2 Si x cable -----135 mm2 (40% de llenado) X = (1 cable x 135 mm2) / 41,74 mm2 = 3,23 cables Tomando únicamente la parte entera, obtenemos que la cantidad máxima de cables para un conduit de Ø ¾” es de tres cables, igualmente, se procede a realizar el mismo cálculo para los conduits restantes, donde se obtiene: Para conduit Ø 1” Para conduit Ø 1 1/2” Para conduit Ø 2”

5 cables 12 cables 20 cables

Utilizando el mismo procedimiento, se debe realizar una tabla de llenado para cada tipo de cable a usar en las canalizaciones por conduit en un proyecto determinado. 3

CANALIZACIONES ELÉCTRICAS DE INSTRUMENTACIÓN POR MEDIO DE CANALES PORTACABLES Y BANDEJAS Las canalizaciones por canales portacables o bandejas son usadas comúnmente, cuando se requiere soportar y trasladar una gran cantidad de cables y/o multicables entre lugares distantes entre si, siempre y cuando el CEN (u otros códigos aplicables), permitan su uso para la aplicación requerida. Los canales portacables ó bandejas, están generalmente limitados a usarse en los trayectos desde las cajas de conexiones hasta la sala de control y para la distribución interna de los multicables en la Sala de Control. La principal ventaja que poseen los canales portacables y bandejas es el bajo costo inicial en comparación con el sistema conduit. El costo de instalación por canales ó bandejas puede llegar a ser hasta un 30% menos que el equivalente por el sistema conduit, Y hasta un 50% menos que el sistema conduit con accesorios a prueba de explosión. Adicionalmente, la capacidad de reserva para futuros cables, puede considerarse en el diseño inicial, ocasionando por este concepto un costo adicional mínimo.

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN 3.1 Tipos de Canales y Bandejas Portacables Existe una gran variedad de canales y bandejas portacables disponibles para montajes horizontales o verticales. Sin embargo, algunas empresas usuarias prefieren fabricarlas ellas mismas según sus requerimientos. Los tipos generalmente usados en aplicaciones para montajes horizontales, son: tipo escalera, de bandeja ó canal. El tipo escalera es una estructura metálica prefabricada, consiste en dos rieles laterales conectados por miembros transversales denominados travesaños. La altura de los rieles puede oscilar entre 6 cm y 15 cm. La distancia entre los travesaños de 15 a 30 cm. El ancho útil varía entre 15 cm y 120cm. La bandeja es una estructura prefabricada realizada a partir de una lámina, por lo que los laterales y el fondo son una sola pieza. Puede pedirse perforada o no, dependiendo de los requerimientos de hermeticidad o ventilación. El canal es una estructura metálica, realizada al igual que la bandeja, en una sola pieza, pero se diferencia de la anterior en el ancho útil, mientras el ancho útil de una bandeja oscila entre 15 y 60 cm, el ancho útil de canal está entre 10 cm y 12 cm, también puede pedirse perforado. Los materiales más comúnmente para la fabricación de los sistemas portacables son: Acero (con diferentes acabados tales como, galvanizado, pintado, etc.) y aluminio. También se ofrecen fabricados con otros materiales para aplicaciones especiales, tales como acero inoxidable, PVC, fibra de vidrio, etc. En algunas aplicaciones los sistemas portacables requieren el uso de tapas protectoras. Estas tapas están fabricadas del mismo material que los canales y las bandejas, son utilizadas para proteger los cables, en áreas donde puedan ocurrir daños como consecuencia de caídas de objetos, chispas de soldaduras, etc. Además evitan la penetración de polvo, tierra, sucio, nieve o hielo. También protege a los cables de condiciones ambientales corrosivas y del sol. 3.2 Acabados y Recubrimientos para Canales y Bandejas Portacables Metálicos 3.2.1 Recubrimientos de Zinc Capa protectora de Zinc que generalmente se ofrece en tres formas básicas: 1.-Electrogalvanizada 2.-Pregalvanizada 3.-Galvanizada en caliente después del ensamblaje. En todos los casos el zinc protege el acero en primer lugar como recubrimiento y en segundo lugar como ánodo de sacrificio en la protección de zonas desnudas tales __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN como bordes, y superficies descorchadas debido a maltratos. La capacidad anticorrosiva del zinc es directamente proporcional a su espesor e inversamente proporcional a la corrosión del medio donde se encuentre. Esto significa que un espesor de 50µ de zinc en un recubrimiento durará el doble que 25µ en un mismo medio. 3.2.2 Electrogalvanizado (ASTM B633) El electrogalvanizado es un proceso mediante el cual una capa de zinc es depositada sobre hierro a través de la electrólisis en un baño con sales de zinc. La capa está conformada por zinc puro y queda adherida al hierro mediante un excelente lazo metal-metal. Un máximo de 13µ puede ser aplicado en forma efectiva por este método. Cuando esta capa queda expuesta al aire y la humedad, el zinc forma una película muy fuerte consistente en una mezcla de óxidos, hidróxidos y carbonatos de zinc. Esta película es de por si una barrera que evita ó al menos frena el subsiguiente ataque corrosivo sobre el zinc. La electrogalvanización se recomienda en áreas con poca humedad y bajo techo. 3.2.3 Pregalvanizado (ASTM A 525 – Capa Comercial). El acero Pregalvanizado es producido mediante el paso continuo de láminas provenientes de una bobina de acero dentro de una cuba de zinc fundido. El espesor de la capa comercial está en el orden de las 20µ por cada lado de la lámina. Es bueno tener en cuenta esto cuando se compare con el galvanizado en caliente después de fabricado. Durante el proceso de fabricación de artículos con láminas pregalvanizadas, tanto los bornes recién cortados, como las zonas donde se soldó pierden la capa de zinc, sin embargo, el zinc más cercano al área desnuda, pasa a convertirse en un ánodo de sacrificio que protegerá esa zona de la corrosión. El acero Pregalvanizado no se usa generalmente al aire libre pero puede ser utilizado en zonas secas o con atmósfera poco corrosivas, preferiblemente bajo techo.

3.2.4 Galvanizado en Caliente por Inmersión (ASTM A386) Después de la confección de una bandeja portacable, ésta es sumergida totalmente en zinc fundido. Una adhesión de carácter metalúrgico ocurre de

manera tal que la pieza queda

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN totalmente revestida de zinc incluyendo soldaduras y bordes La ventaja más importante de este método de recubrimiento es el espesor de la capa lograda. Las bandejas así tratadas tienen un mínimo de 66µ por cada uno de los lados. La capa de zinc es controlada por el lapso de tiempo que pasa sumergida en el baño de zinc, así como también, por la velocidad con que la pieza es retirada. El revestimiento logrado protege por partida doble al acero. En primer lugar como un escudo impermeable que cubre todo el conjunto. En segundo lugar en el caso de ocurrir un desconchamiento durante el proceso de transporte e instalación, el zinc circundante actuará como ánodo de sacrificio ante la acción de la corrosión. El galvanizado en caliente por inmersión es recomendable para uso prolongado al aire libre y protegerá por 20 años ó más en la mayoría de los casos y aún en algunos medios industriales altamente corrosivos. 3.2.5 Revestimiento Epóxico Puede solicitarse el acabado epóxico para la gran mayoría de productos. El proceso consiste en una deposición de pintura epóxica utilizando un sistema electrostático. El revestimiento epóxico se utiliza cuando se requiere resistencia a los siguientes medios: alcalino, aromático o ácido (diluido en agua). 3.3 Descripción, Selección y Montaje de canales, Bandejas, Accesorios y Componentes Usados en Canalizaciones de Instrumentación 3.3.1 Tramos Rectos Como se vio anteriormente, existen básicamente tres tipos de sistemas portacables: Tipo escalera, la bandeja y el canal. Los tramos rectos pueden solicitarse en cualquiera de estas formas. La longitud generalmente es de 2.4 metros, para todos los tipos y tamaños. El diseñador debe escoger entonces el ancho, la altura del riel y en algunos fabricantes, es posible también seleccionar la distancia entre travesaños (para el tipo escalera), ó el tipo de fondo (liso, de malla, enterizo, perforado, etc) si se utilizan las bandejas. Se debe tener presente que los tramos rectos son los que generalmente conforman el “grueso” de las canalizaciones por este sistema, y por lo tanto una vez seleccionado el tipo de tramo por el diseñador, los accesorios tales como curvas, __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN derivaciones, etc. Deben ser del mismo tipo.

3.3.2 Curvas Las curvas cumplen el mismo cometido que los accesorios “condulets” en las canalizaciones por conduits; se deben utilizar cuando se requiere un cambio de dirección ó de nivel en las canalizaciones por sistemas portacables. Se clasifican en dos categorías: curvas verticales (para cambios de nivel, los cuales pueden ser internos o externos), y curvas horizontales (para cambios de dirección a un mismo nivel).

3.3.3 Derivaciones, cruces y Reducciones Las derivaciones o “Tees” y los cruces ó” X” se utilizan para conectar a un mismo canal o bandeja, secciones de la canalización procedente de lugares diferentes. Generalmente vienen en ángulos de 90° aunque algunos fabricantes, también las suministran tipo “Y”.

3.3.4 Accesorios de Conexión: Uniones, Conectores, Tapas y Bajantes En esta sección se describirá todos los accesorios restantes usados comúnmente en las canalizaciones por bandejas ó canales portacables. Las uniones son utilizadas para fijar un tramo de canal o bandeja a otro, ó de éste a una curva, derivación, etc. El tipo de unión a colocar en un determinado tramo, depende de la capacidad de carga que deba soportar este tramo, el ajuste o movimiento de la unión. Los conectores, son utilizados generalmente para unir la bandeja o canal a una caja, a fin de darle protección a los cables en la entrada a la caja y además rigidizar el conjunto bandeja-caja. Cuando las bandejas están expuestas a posibles rocíos químicos ó en general a que le caigan subproductos de procesos, que puedan dañar a los cables, se deberán usar tapas. Dichas tapas, deberán tener pestañas laterales que se superpongan a los perfiles laterales de las bandejas (flanged covers), y su diseño deberá impedir la acumulación de líquidos sobre ella. Se tiene dos tipos de tapas: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Herméticas, sin agujeros de ningún tipo. Su uso es recomendable para bandejas horizontales y en general donde se requiera hermetismo al polvo, impurezas ó al acceso de roedores. Ventiladas, las hay: con huecos planos, con huecos con pestañas y malladas. De éstas, la más usada, es la de “huecos con pestañas” sobre todo para bandejas verticales a fin de impedir la entrada de líquidos, y permitiendo ciertas ventilación. La tapa mallada, solo protege contra roedores u objetos grandes que cayeran sobre la bandeja. En todos los casos, deberán usarse dispositivos sujeta-tapas, preferiblemente con alguna empacadura o sello contra líquidos. Los bajantes son generalmente utilizados cuando se requiere un cambio de nivel en un tramo de la canalización por bandeja y no hay suficiente espacio para colocar un tramo de curva vertical. Para estos casos, se utilizan los bajantes. También sirve como terminación de la bandeja ó canal para proteger al cable de bordes que puedan dañar la cubierta del cable. 3.4 Guías y Prácticas Recomendadas para el Diseño de Canalizaciones por Canal o Bandejas Portacables Una vez conocidos los tipos de sistemas portacables y sus accesorios más comunes, se describe a continuación una serie de normas y recomendaciones que el diseñador debe considerar al realizar un proyecto con este tipo de canalización 3.4.1 Selección del Tamaño y Material de la Bandeja o Canal Portacable Los requisitos y guías recomendadas para la correcta selección del tamaño de sistemas portacable para señales de instrumentación, son diferentes de las guías y recomendaciones dadas para cables de potencia utilizados en sistemas eléctricos de iluminación y potencia. En estos últimos, los cables son generalmente colocados en canales tipo escalera en un solo nivel, y separados a distancias específicas a fin de mantener un espacio para ventilación, de manera de permitir una buena disipación del calor producido por los cables. En los cables para señales de instrumentación, en cambio, pueden tocarse uno con el otro y ser colocados en uno o más niveles. Por otra parte, se permite usar un mismo canal ó bandeja para diferentes tipos de señales, siempre y cuando se coloque una barrera metálica de separación entre los diferentes tipos de señales, a fin de segregarlas. Esta barrera deberá ser dos veces más alta que el diámetro del mayor cable utilizado. De lo dicho anteriormente, se puede observar entonces que el tamaño de la bandeja ó canal portacables para señales de instrumentación, sólo depende de la cantidad de espacio requerido para acomodar los cables provenientes de diferentes localidades o cajas. Este espacio, también determina de una manera indirecta, la capacidad de carga que __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN debe soportar al canal ó bandeja a utilizar. Se debe considerar un espacio de reserva de un 20% como mínimo, para posibles modificaciones futuras al sistema. Para la selección del material del sistema portacables, se deberán considerar las condiciones ambientales del lugar donde se instalarán dichos sistemas. En los casos donde sea seleccionado el acero, se deberá tener presente el acabado más apropiado para ese ambiente. Particularmente, se deberá usar este material, cuando se requiera una alta protección contra interferencias eléctricas, ya que, actúa como pantalla o blindaje en la instalación. Por otra parte, el aluminio, es un material excelente para ser usado en ambientes corrosivos, pero posee la desventaja - al igual que todos los materiales no ferrosos - de no resultar efectivo como blindaje de protección contra los ruidos provenientes de fuentes electromagnéticas o de radiofrecuencia. En los casos donde se utilicen materiales tales como el aluminio, fibra de vidrio, poliester, PVC, etc. para los sistemas portacables, se deben emplear cables y multicables completamente apantallados ó blindados en señales susceptibles de perturbación. Cada instalación, tiene requerimientos únicos en cuanto a materiales y recubrimientos que puedan aplicarse. El diseñador debe entonces realizar una investigación detallada a fin de escoger el material que mejor se adapte a estas condiciones. 3.4.2 Factores Estructurales a Considerar en los Sistemas Portacables Desde un punto estructural, los sistemas de canales ó bandejas portacables son similares a cualquier otra estructura. Se asemeja a una viga bajo la acción de una carga uniformemente distribuida. Es por ello, que se deben considerar las cargas “muertas” tales como el peso de los cables y del canal o bandeja, y las denominadas cargas “vivas”, como el hielo, nieve, viento sismos, y fuerzas de tracción en el halado de los cables, para definir las distancias entre apoyos y la soportación de los sistemas portacables. Hay una gran cantidad de configuraciones posibles en una instalación, pero dos de ellas principalmente, son las más comunes. A.- Viga simplemente apoyada Un ejemplo de una viga simplemente apoyada, es una bandeja portacable sobre dos apoyos cilíndricos colocados transversalmente. Cuando una carga es aplicada sobre la bandeja, dicha carga es soportada gracias a la resistencia de la viga en sí. Los cilindros sirven de soporte pero no interfieren con la tendencia de flexión de la viga. El análisis de una viga simplemente apoyada es universalmente utilizado como método de comparación de capacidades de cargas de vigas entre sí, de hecho es el sistema requerido por la norma NEMA VE1-4.01 para la publicación de las tablas de carga de flexión que deben dar los fabricantes. B.- Viga continua __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Esta es la configuración más común encontrada en la instalación de bandejas portacables. Cuando cargas iguales son aplicadas en todos los tramos simultáneamente, el efecto de contra balanceo de las cargas en ambos lados de un soporte, restringe el movimiento de la bandeja en su soporte. Los tramos finales trabajan como vigas simplemente apoyadas. Cuando bandejas portacables de idéntico diseño son comparadas en montaje distintos, las instalaciones continuas soportan por lo general un 20% de carga que una viga sencilla y simplemente apoyada, presentando además un 50% de la deflexión esperada. La capacidad de carga de una bandeja portacable depende primeramente del material del que está construida, de su diseño (sección transversal) y de las pruebas realizadas en base a la normativa especificada en su diseño. Debe quedar claro que comparando dos configuraciones idénticas de dos bandejas portacables confeccionadas con materiales distintos, la que tenga el material de mayor resistencia será la que más soporte. Hay un número de propiedades físicas que son fundamentales en el diseño de una bandeja portacables. El “modulo de la sección” designado como “Sx”, es la propiedad dimensional directamente relacionada con la capacidad de carga de la bandeja. Este módulo indica en forma matemática cómo el material es distribuido tanto en el riel como en el travesaño. A su vez, el módulo de la sección está directamente relacionado con la propiedad geométrica conocida como “momento de inercia “e identificado como “Ix”. Apartando ahora las propiedades dimensionales, se puede hablar de las propiedades estructurales del material: cada material tiene su propio “límite elástico” el cual viene dado en kilos por centímetros cuadrados. Cualquier carga que sobrepase ese límite elástico causara deformación permanente o la eventual ruptura del material. Para prevenir que se llegue a ese máximo en un sistema portacables, es por lo que las tablas de carga de flexión tienen un factor de seguridad aplicado, que generalmente es de 1.5 ó mayor. El esfuerzo máximo encontrado en forma experimental es dividido por este factor de seguridad para obtener la carga “recomendada” ó” permisible” de trabajo, de esta manera si accidentalmente se supera (en poco) la mencionada carga permisible no ocurrirá daño alguno en el sistema portacable. La deflexión conocida comúnmente como “flecha” es un efecto inherente a la aplicación de cargas en una bandeja y no puede ser evitado. Toda viga ó bandeja flexionará cuando sea cargada, y la magnitud de dicha flexión dependerá del material y del módulo de la sección (Sx) de la bandeja ó sus componentes. Para reducir la flexión de una bandeja, generalmente basta con incrementar dicho módulo y esto se logra usualmente aumentando la altura del perfil empleado. Por otro lado la flexión de una bandeja bajo la acción de una carga puede mejorarse mediante la búsqueda de otros materiales. La flexión es inversamente proporcional a __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN una propiedad conocida como “módulo de elasticidad” que se identifica como “E”. El módulo de elasticidad depende de la composición del material. El aluminio tiene un módulo de elasticidad que es 1/3 de su homólogo en acero, por lo tanto una bandeja de aluminio flexionará tres veces más que una de acero con propiedades físicas (módulo de la sección) idénticas para ambos. En zonas donde las estructuras están sujetas a la vista del público, la flexión puede producir efectos contraproducentes. Para una persona no conocedora, una estructura con “flecha” puede parecerle que es el resultado de un mal cálculo ó excesiva carga. Una bandeja portacables bien diseñada presentará una flexión apreciable bajo una “carga recomendada” por lo tanto en zonas donde la parte decorativa sea importante se recomienda sobredimensionar la bandeja. Es importante señalar que el diseño de sistemas portacables bajo la óptica de la deflexión, producirá sobredimensionamiento apreciable en todo el sistema, con el consiguiente encarecimiento de la instalación tanto en materiales como en mano de obra. Otro factor a considerar es el viento cuando se utilizan las bandejas herméticas. Sin embargo, el viento no se toma en cuenta cuando se utiliza el tipo escalera descubierta. En este caso, el aire fluirá entre los cables y los travesaños eliminando sus efectos. Cuando se coloca una tapa sobre la bandeja a los fines de proteger a los cables del sol u otros efectos, se debe tomar en cuenta el efecto que causará el viento en su acción de separar la tapa de la bandeja. Ya que se creará una presión negativa por fuera y una positiva por dentro que tenderá a levantar la tapa, por lo que en estos casos se deben utilizar “sujetadores de tapa”. Por ultimo, en ambientes donde los cambios de temperatura sean muy bruscos, y se puedan producir expansiones y contracciones térmicas en los canales o bandejas, se debe considerar el uso de uniones espaciales para estos propósitos (Fig 8)

Fig 8.-Uniones de Expansión

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN 3.4.3 Consideraciones y Recomendaciones para Determinar los Puntos de Apoyo y las Uniones en los Sistemas Portacables Resulta obvio que los puntos de apoyo para un sistema portacable dependen de las facilidades estructurales, tales como techos ó plataformas,”racks” de tuberías, etc., que puedan utilizarse para soportarlo. En los casos donde el trayecto de bandejas o canales es por debajo de un techo ó plataforma, la soportación se facilita, ya que generalmente no existen impedimentos para seleccionar la distancia entre un punto de apoyo y otro; de manera de evitar deflexiones muy grandes Cuando se utilizan los puentes ó “racks” de tuberías, con punto de apoyo distanciados entre 4.5 y 6 metros, para soportar canalizaciones de sistemas portacables, se pueden ocasionar algunos de los siguientes problemas: -

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Si no hay limitaciones en cuanto a la deflexión de la bandeja ó canal, puede aparecer una deformación por deflexión que resulte chocante a la vista, particularmente cuando el trayecto del canal está muy cerca de las tuberías, por lo que la deflexión en la bandeja ó canal resalta aún más. La solución consiste entonces en sobredimensionar la bandeja ó canal, ó colocar un punto de apoyo adicional entre un soporte y otro del puente de tuberías. De esta forma, se logra limitar la deflexión a valores muy pequeños. Resulta difícil definir un valor exacto para los límites de deflexión que puedan considerarse aceptables, además de que varían de un usuario a otro. Por ejemplo, un diseñador puede calcular la distancia de separación de los soportes a fin de obtener una deflexión máxima de 12 milímetros, mientras que otro, puede utilizar una relación entre la distancia entre soportes y la deflexión máxima, generalmente de 1:200, así para una “luz”(distancia entre soportes) de 5 metros, la deflexión máx. permitida será de 2.5 centímetros, mientras que para una luz de 2.5 metros la deflexión máxima no debe sobrepasar los 12 milímetros.

Como regla general, y a fin de obtener deflexiones prácticamente despreciables, se pueden acatar los siguientes criterios para la ubicación de los soportes. a.- Criterio General. Los soportes deberán ser ubicados de tal manera que los conectores de tramos horizontales rectos, caigan entre el soporte y una distancia igual a la cuarta parte de la luz entre soportes. Para una luz de 2.40 m, esto equivaldría a 60cm. Si por algún motivo la unión ocurre a la mitad de la luz se debe reducir la capacidad de carga de la bandeja, multiplicando dicha capacidad por el factor de reducción correspondiente. En el caso de conectores del tipo de expansión, deberá colocarse un soporte a menos de 60 cm del conector, en cada lado. b.- Secciones no rectas (elementos) horizontales. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN - Curvas horizontales Los soportes para curvas horizontales deben colocarse a menos de 60 cm en cada extremo, exterior a la curva y adicionalmente un soporte en el punto medio del arco, (con excepción de curvas de 45° y 30° con radio de 30cm). - Tees horizontales Los soportes deben colocarse a menos de 60 cm exteriormente, en cada extremo de la Tee, para radios de 30 cm. Para otros radios, se colocarán soportes adicionales. - Cruz horizontal Igual que para las Tees horizontales. - Reducciones A menos de 60 cm de cada extremo. c.- Curvas verticales Las curvas verticales en la parte superior de la ruta (curvas exteriores) deben ser soportadas en cada extremo. En la parte inferior de la ruta (curvas interiores) deben ser soportadas en el tope superior de la curva y a menos de 60 cm del extremo inferior de la curva. d.- Tees verticales A menos de 60 cm de los extremos, exteriormente. e.- Tramos rectos verticales Deberán ser soportados en intervalos dictaminados por la estructura, no excediendo los 5 metros. f.- Bandejas en pendiente. Igual que bandejas horizontales (ver punto “a”) g.- Elementos usados como fin de bandejas. Deberán tener un soporte que asegure su rigidez. 3.4.4 Consideraciones y recomendaciones para el diseño del recorrido de sistemas portacables __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Como regla general, la mayor parte de las consideraciones y recomendaciones dadas para el trayecto de canalizaciones por conduits, aplican generalmente para los sistemas portacables. Una instalación de sistemas portacables bien realizada, requiere de un cuidadoso estudio del recorrido, así como esquemas y dibujos detallados en la fase de diseño, sin dejar ningún punto pendiente que deba ser resuelto en construcción. Los recorridos o trayectos de canales ó bandejas deben ser lo más rectos posible, sin estorbos, evitando siempre la exposición de los cables a un calor excesivo, a la humedad, áreas con alto grado de interferencias, ó lugares donde puedan ocurrir daños mecánicos a los cables. Consideraciones especiales deben tomarse cuando ocurra alguna de las condiciones siguientes: -

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Todos los trayectos en los cuales los cables puedan ser dañados durante la instalación debe evitarse. Los canales ó bandejas portacables deben en lo posible seguir rutas donde las posibilidades de incendio sean mínimas. Adicionalmente, se deben evitar todos los trayectos por donde pasan tuberías a altas temperaturas que puedan dañar la chaqueta de los cables al estar expuestos por un largo período a estas condiciones. El recorrido de las bandejas y canales portacables, no debe pasar por ningún equipo mecánico, a fin de no obstaculizar cualquier tipo de operación ó mantenimiento sobre éste. Similarmente, se debe evitar soportar las bandejas y/o canales a cualquier equipo mecánico, tubería o estructura sujeta a vibraciones. Todas las normas sobre altura mínima permitida para paso de personal, operaciones, mantenimiento, etc., deben ser observadas. No se debe realizar ninguna instalación que pueda estorbar, interrumpir, obstaculizar o poner en peligro al personal cuando realiza actividades propias de la planta. Una buena práctica de diseño cuando la entrada a la sala de control es en forma aérea por sistema portacables sería mantener separados en recorridos independientes, trayectos de las canalizaciones provenientes de áreas diferentes. De esta manera, se minimiza la pérdida del control de la planta en caso de que un incendio ó algún daño físico pueda destruir algún trayecto de la canalización La localización óptima y recomendada para realizar el recorrido de una bandeja, lo constituyen los “racks” o puentes de tuberías, preferiblemente por el lado superior, sin embargo, cuando esto no sea posible, los canales ó bandejas pueden colocarse debajo del “racks” siempre y cuando se tomen en consideración las alturas mínimas permitidas, y las recomendaciones dadas anteriormente.

3.4.5 Dimensionamiento de Canales y Bandejas Portacables __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN a.- Canales tipo escalera o bandejas de fondo ventilado. Cuando una bandeja para cables del tipo de escalera o canal ventilado con una profundidad utilizable de 15 cm, o menos, contenga solamente cables multiconductores de control o de instrumentación, la suma de las secciones rectas de todos los cables en cualquier punto, no debe sobrepasar el 50% de la sección recta interior de la bandeja para cables. Para calcular la sección recta de una bandeja para cables, se asumirá que la profundidad es de 15 cm: aún cuando dicha profundidad real sea mayor de 15 cm, si es menor de 15 cm se tomará el 50% de su profundidad real. b.- En bandeja de fondo sólido. Para una bandeja tipo fondo sólido de profundidad utilizable de 15 cm, o menos, la suma de las secciones rectas de todos los cables en cualquier punto, no debe sobrepasar el 40% de la sección recta inferior de la bandeja para cables. Para calcular la sección recta se seguirá el mismo procedimiento que para la bandeja tipo escalera. Nota: No se instalará cables de control e instrumentación en una misma bandeja. c.- Carga mecánica de la bandeja. Una vez dimensionada una bandeja dada en cuanto a los límites de áreas de ocupación, etc. Se debe verificar que la suma de las cargas (peso en Kg/m de todos los cables contenidos en la bandeja más una carga distribuida de 75 kg/m2; equivalente a una carga concentrada de 200 lb en mitad de luz) no exceda la carga máxima de la bandeja seleccionada. d.- Radios de curvaturas Los radios de curvatura de las secciones no rectas (fittings) de una bandeja dada, se seleccionan entre 300, 600 y 900 mm, dependiendo de las características de los cables en ella contenidos. El radio mínimo para las curvas de las bandejas será ocho veces el diámetro del cable no apantallado más grande, o doce veces el diámetro del cable mayor apantallado que se vaya a instalar, cualquiera que sea más grande. Dicho radio, será también el radio de curvatura de la Tee o cruz de la cual proviene la bandeja. 3.4.6 Puesta a Tierra para Sistemas Portacables Anteriormente el CEN (1978) permitía el uso de las bandejas como conductor de puesta a tierra, pero este criterio en la edición CEN 1981 ha sido abolido. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN No obstante, las bandejas metálicas han de ser conectadas a tierra al igual que las carcazas de equipos ó pantallas de cables (estas últimas a tierra electrónica). Los criterios que regirán para la puesta a tierra de las bandejas dependerán de los criterios generales del diseño del sistema de aterramiento de la Planta en cuestión. En general podrán ser: a.- Conexión a intervalos regulares de los perfiles laterales de las bandejas a las tomas de tierra del edificio o área. Estas tomas estarán previamente conectadas a la malla de tierra general de la Planta. b.- En caso que se establezca como criterio, se tenderá un conductor de cobre desnudo a lo largo de las bandejas. Dicho conductor será conectado tanto a los perfiles laterales de las bandejas como a las tomas de tierra existentes en los edificios o estructuras a lo largo de las rutas de bandejas. c.- En todos los casos, las conexiones entre bandejas y conductores de puesta a tierra se verificarán mediante el uso de conectores mecánicos altamente resistentes a la corrosión galvánica que podría producirse en el contacto entre dos metales diferentes (aluminio-cobre ó acero-cobre). d.- Identificación: Las secciones de bandejas de cables deben identificarse de acuerdo a lo establecido tanto en los planos como en sitio posteriormente, a fin de controlar las rutas y los circuitos críticos y redundantes. 4

CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS PARA SEÑALES DE INSTRUMENTACIÓN Las canalizaciones subterráneas ofrecen la posibilidad de realizar trayectos mucho más directos que las canalizaciones aéreas. Además no ocasionan ningún tipo de obstáculo para el paso, mantenimiento, operación, u otro tipo de actividad inherente a los equipos ó el proceso, proporcionan un mejor aspecto a la planta, si se diseñan apropiadamente, están menos sujetos a los daños ocasionados por el fuego ó elementos mecánicos. Sin embargo este tipo de instalación requiere de un diseño particular y una instalación cuidadosa cuando sea usado en lugares donde existan productos que puedan atacar la chaqueta aislante de los cables, tales como hidrocarburos, ó agentes químicos corrosivos, particularmente los denominados “aromáticos”. Poseen, también el inconveniente de ser más dificultosos los trabajos de ampliaciones o modificaciones futuras.

4.1 Tipos de Canalizaciones Subterráneas Existen tres tipos de canalizaciones: bancadas, canales y zanjas. Son usadas mayormente para tendidos eléctricos de media y alta tensión, aunque también se utiliza, para tendido de cables de instrumentación. Para escoger el tipo de __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN canalización a usar, se debe tener presente la topografía del terreno, tipo de suelo y sobre todo la opinión del cliente. 4.1.1 Canalizaciones Subterráneas por Bancadas Este tipo de canalización subterránea, consiste en instalar tubos conduit, por debajo del nivel del suelo, y embutirlos en concreto, a fin de proporcionar una protección a los mismos. Este tipo de canalización es por norma general, responsabilidad de la disciplina de electricidad, sin embargo, es recomendable que el diseñador de canalizaciones de instrumentación, las conozca, ya que algunas veces deberán trabajar con ellas. A continuación se describen las normas generales que se deben considerar para el diseño de bancadas. 4.1.1.1 Consideraciones y Recomendaciones para Canalizaciones Subterráneas por Bancadas Consideraciones para los tubos conduit El tipo de conduit a utilizar deberá ser de acero galvanizado ó unos materiales no metálico, tal como PVC, polietileno, fibra de vidrio, etc., dependiendo del tipo de sustancia que pueda entrar en contacto con el suelo. El conduit de aluminio no es recomendado para usarse en bancadas. En lugares donde existan ambientes salinos, se deberán usar conduits de PVC ú otro material no metálico aprobado para ese uso. El tamaño mínimo permitido de conduit para usar en bancadas es de 1”. El radio mínimo para curvas horizontales será de 48” (1220 mm). El radio mínimo que se utilizará en salida de conduits a superficie (“STUB-UPS”) será de 24” (650 mm) para conduits de 3” y menores; y de 36” (915 mm) para conduits de 4” y mayores. Todas las curvas ó codos en los Stub-up’s, serán de acero rígido galvanizado (para todos los tamaños), la transición de acero rígido galvanizado a tuberías no metálica (PVC) se deberá realizar con un anillo especial para él acople a ambos materiales (adaptador). Consideraciones con respecto a pendientes y tanquillas Las pendientes que tendrán los ductos en un tramo entre dos taquillas deben ser uniforme y nunca serán menores al 0.3%. El cambio de pendientes en un tramo no será mayor al 5%. Si la superficie en el recorrido es sensiblemente horizontal, la cumbre de la pendiente se situará en el punto medio entre tanquillas, vertiendo por igual hacia ambos lados. Las longitudes máximas entre tanquillas, será: para tramos rectos con pendientes uniformes, 150 m, y para tramos en curvas de 60m. Los cambios de pendientes no afectan las longitudes entre tanquillas. De preferencia las tanquillas deben ubicarse fuera de las áreas de procesos, a fin de evitar que líquidos corrosivos puedan penetrar en ellas o en los ductos subterráneos. Todas las bancadas deben colocarse a una profundidad mínima entre el tope de la bancada (T.O.B) y el nivel rasante del terreno, de 500 mm de profundidad, en áreas de procesos, 750 mm en cruces de calles. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN No se deben utilizar reducciones en las canalizaciones subterráneas. Se debe considerar una reserva de al menos un 20% de tubería conduit para futuras ampliaciones, en todos los trayectos de la Bancada. Segregación de señales de bancadas Todas las señales de instrumentación, pueden ser llevadas en una misma bancada, siempre y cuando se asigne un conduit para cada tipo de señal. Para el caso donde se requiera tener señales de instrumentación y de electricidad en una misma bancada, se deberán observar las siguientes distancias mínimas entre conduits para cables de potencia (eléctricos) y conduits para cables con señales analógicos (instrumentación). Capacidad del conductor Eléctrico (potencia) 125 V 250 V 440 V 5 KV

10 A 50 A 200 A 80 A

Separación Mínima de las Señales Analógicas de Instrumentación 12 pulgadas (300mm) 18 pulgadas (460mm) 24 pulgadas (610 mm) 48 pulgadas (1120mm)

Las salidas de conduits (stub-up) deben sellarse si existe alguna de las circunstancias siguientes: -

-

Cuando el trayecto de los conduits pasa de un área clase I División I, a un área Clase 2 ó de esta ultima a un área no peligrosa. El sello debe ubicarse en el área no peligrosa inmediatamente después de la salida del conduit, y antes de la conexión de cualquier accesorio. Conduits entrando en un edificio o recinto, debe ser igualmente sellados. Este requisito aplica para todos los conduits con señales de termopares, analógicas ó de control y potencia. Cuando se cumple alguna de las circunstancias descritas en el apartado de Sellos Cortafuegos.

4.1.2 Canalizaciones Subterráneas por Zanjas Esta es, junto con el canal, el método de canalización más empleado, ya que comparativamente resulta mucho menos costoso que las canalizaciones por bancadas. Por otro lado, el sistema de bancada no es aprobado por algunos usuarios ya que éstas, pueden acumular gases en los ductos y/o tanquillas, ó ser inundados por sustancias agresivas. La zanja, permite realizar el tendido de los cables directamente enterrados, su construcción resulta mucho más sencilla, con menor tiempo y costo, que el tipo bancada. Sin embargo tiene un inconveniente con respecto a esta última, ya que si se requiere tender más cable una vez cerrada, es necesario __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN reabrirla con todo el trabajo que ello implica, mientras que en la bancada, se puede usar los ductos de reserva para este propósito, sin emplear para ello ningún tipo de construcción o trabajo de excavación adicional. La diferencia de la zanja con respecto al canal, radica en que la primera es mayormente utilizada para un volumen pequeño de cables, y en lugares donde la compactación del terreno sea tal, que no requiera de paredes. 4.1.2.1 Consideraciones y Recomendaciones para las Canalizaciones Subterráneas por Zanjas El ancho máximo permitido es de 1400mm. Este límite es aplicable para las áreas pavimentadas y con paso de vehículos pesados. Las zanjas para cables, que recorren áreas de proceso, con superficies pavimentadas, deben ser coloreadas indicando todo su recorrido por medio de polvo verde para colorear (mezclado con concreto), de manera de identificar fácilmente todo el trayecto de las zanjas a simple vista. Una vez rellenada y compacta, se deberá pavimentar toda la superficie de la zanja, utilizando una malla electrosoldada y concreto coloreado. Cables con señales de instrumentación y/o comunicaciones no deben ser colocados en zanjas usadas para cables de baja ó alta tensión. En trayectos paralelos de zanjas de electricidad e instrumentación, se deberá mantener una distancia mínima según las normas. El radio mínimo de curvatura de la zanja dependerá del cable utilizado. Para cable armado, este será de al menos veces ocho veces el diámetro externo del cable. El trayecto de las zanjas, normalmente deberá ser por los lados de caminos o calles y de ser posible, será del lado opuesto al trayecto de la zanja de electricidad. Todos los cables enterrados, deben identificarse con tiras de plomo de 2 cm de ancho x 20 cm de longitud, en todo el trayecto de cable con intervalos no mayores a 5 metros, y en los lugares donde los cables entren ó salgan de la zanja. Los cruces entre zanjas de instrumentación y electricidad, deberán ser en ángulos rectos. El tendido de los cables, preferiblemente se deberá realizar en una sola capa ó nivel. En casos extremos, se podrán distribuir en dos o tres capas como máximo. La separación entre los cables será igual al diámetro del cable mayor usado. Resulta conveniente, cuando el tipo de cable y el espacio dentro de la zanja lo permita, dejar enrollado dentro de la zanja, una longitud de cable aproximada de 3 metros, antes de conectarse a una caja o equipo que se encuentre inmediatamente por encima de la salida de los cables de la zanja. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Los cables que salen desde la zanja hacia la superficie deben protegerse por medio de una “camisa” hecha con conduit de PVC. Este encamisado, debe extenderse 250 mm por arriba y por debajo del nivel de la superficie en áreas donde no exista piso de concreto. Para aquellas áreas donde el piso sea de concreto, se deberá realizar un “stub-up” teniendo presente el radio de curvatura mínimo del cable y el diámetro del conduit a usar. Se deberá tener presente al diseñar el trayecto de las zanjas, evitar en lo posible cruces con zanjas de electricidad, canales ó tuberías de drenaje, tuberías de proceso, etc. Cuando existan cruces con “racks” o puentes de tuberías rasante al suelo, ó trincheras abiertas, se deberán cruzar por encima utilizando para ello puentes de concreto, el cual será llenado en arena, recubriendo la superficie con una capa de asfalto.

4.1.3 Tendido Subterráneo por Canales Los canales cumplen la misma función que las zanjas pero a diferencia de éstas, los canales tienen paredes hechas de bloques, piso de concreto y tapas. Generalmente se utilizan cuando existe piso de concreto, y se desea una estructura más resistente para el resguardo de los cables. Además proporciona una mayor facilidad para remoción y tendido de cables, cuando se realizan modificaciones y ampliaciones. Por otra parte en los canales se permite tender en situaciones críticas, hasta cuatro capas de cables. Sin embargo, esto debe tratar de evitarse, ya que obstruye el acceso a los cables en las capas inferiores. Es preferible por tanto, ensanchar el canal y tender una o dos “capas” de cables que, construir un canal angosto y superponer cuatro capas. Se debe tener presente a la hora del diseño, considerar un 25% de espacio de reserva como mínimo, a fin de prever ampliaciones o modificaciones a futuro. 4.1.3.1 Consideraciones y Recomendaciones para el Diseño de los Canales Subterráneos Los canales deben ser realizados de acuerdo al tipo de construcción y material requerido (metro lineal). Todas las consideraciones y recomendaciones indicadas para las canalizaciones por zanjas, aplican igualmente para los canales. 5 GUÍA PARA EL DISEÑO DE PLANOS DE CANALIZACIONES ELÉCTRICAS DE INSTRUMENTACIÓN En las secciones anteriores, se han resaltado las principales recomendaciones y consideraciones que el diseñador debe asumir para obtener un buen diseño de canalizaciones. Sin embargo es en la etapa de elaboración de un proyecto, donde __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN paralelamente a otras disciplinas, se realiza el diseño de las canalizaciones. Es por ello que debe haber una comunicación muy estrecha entre las diferentes disciplinas participantes, (civil, mecánica, electricidad, etc.) a fin de evitar interferencias, errores, omisiones, etc., entre las mismas. En esta sección se indicaran los principales pasos que el diseñador, proyectista ó ingeniero, debe seguir a fin de que un proyecto de canalizaciones sea bien ejecutado con un ahorro de tiempo y esfuerzo. 5.1 Aspectos Preliminares e Información Necesaria Los proyectos se pueden separar en dos formas básicamente: aquellos que involucran todo el diseño de una planta, por lo que se deben generar y diseñar todas las instalaciones, tanto civiles, mecánicas, eléctricas y de instrumentación, y, aquellos que implican remodelaciones, las cuales se realizan sobre plantas existentes que van a ser modificadas, ampliadas o modernizadas. Estas definiciones se indican debido a que la información preliminar para el diseño de las canalizaciones, dependen del tipo de proyecto que se vaya a ejecutar. En el primer caso, cuando la planta ó instalación es nueva, toda la información necesaria para las canalizaciones será obtenida a partir de los planos generados por las otras disciplinas encargadas del diseño de las estructuras, equipos, instalaciones, servicios, etc., que se requieran en la nueva planta. Para el caso de las remodelaciones, la información puede obtenerse a partir de los planos “como construido” de la planta existente, suministrado por el cliente, aunque en la mayoría de los casos, es preferible realizar un “levantamiento de información en campo”, esto significa que el diseñador ó persona encargada de las canalizaciones, realiza una recopilación de la información necesaria en la misma planta. Esto se debe a que, con mucha frecuencia, cierta información necesaria para las canalizaciones, no está reflejada en ningún plano dado por el cliente, o no existe ese plano, o bien los planos originales, no fueron nunca actualizados al realizar modificaciones posteriores en la planta. La información obtenida directamente “in situ” es por ello, la alternativa más confiable que el diseñador pueda tener en estas situaciones. Para realizar un buen levantamiento en campo es recomendable seguir ciertas reglas que permitan ahorrar un tiempo valioso, el cual puede ser aprovechado por el diseñador para recabar y/o ahondar en la información requerida. Como regla general se deben seguir las recomendaciones siguientes antes de ir a la planta: -

Elaborar un listado de puntos pendientes que se deberán aclarar en la visita a la planta. Si se va a definir el trayecto de una canalización, es recomendable realizar el diseño en un bosquejo, o croquis preliminar con las posibles rutas a verificar, antes de realizar el levantamiento. Elaborar tablas, cuadros y formatos en donde vaciar ordenadamente la información que obtendrá del levantamiento. Información al cliente sobre su fecha de visitar la planta y el tipo de trabajo que

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN va a realizar, de manera que al llegar a la planta se disponga de todos los pases y permisos requeridos. No olvidarse de llevar los implementos de protección personal, exigidos por el personal de seguridad (botas, cascos, lentes, guantes, protectores de oídos, etc.) También es recomendable llevar una cinta métrica. Una vez en la planta, organice su tiempo, acate las normas de seguridad y solicite los permisos necesarios. Allí deberá corroborar y buscar toda la información que requiera en el diseño de canalizaciones. Como puntos principales se pueden acatar las siguientes: Verificar el trayecto preliminar diseñado, especialmente las posibles obstrucciones, pasos de personal, lugar donde colocar los soportes (en el caso de canalizaciones aéreas), sitios donde ubicar cajas de conexiones, previniendo facilidades de acceso y soportación de las mismas, estructuras y “pipe racks” con vibraciones o fuentes de calor, y en general cualquier detalle que ayude a realizar una canalización óptima. Para canalizaciones subterráneas, lleve consigo los planos originales de las instalaciones subterráneas existentes de la planta, chequee sobre ellos si los planos corresponden exactamente con las instalaciones subterráneas encontradas en la planta. Si no es así, actualícelos. Verifique el recorrido del diseño subterráneo preliminar del proyecto, indicando en el bosquejo, los cruces con cualquier zanja, drenaje ó instalación existente. Prevea el acceso del canal ó la zanja nueva a la sala de control si este debe llegar hasta allí. Realice los bosquejos, tome medidas, dimensione la canalización, vea los puntos más factibles y que resulten más fáciles para la ejecución de los trabajos de construcción. Si posee dudas sobre alguno de los equipos, funcionamiento, operación, mantenimiento y en general, de cualquier parte de la planta, no dude en preguntar a los operadores ó al personal de mantenimiento. Ellos están muy familiarizados con todo lo referente a esas actividades, por lo que la información que pueda obtenerse, resulta en general muy confiable. Información Necesaria para el Diseño de las Canalizaciones Todo el diseño de las canalizaciones de instrumentación, así como el de las otras disciplinas será realizado en planos. Para el caso de plantas o instalaciones nuevas, el departamento civil, generalmente es el encargado de realizar todos los planos base ó matrices que requieran las demás disciplinas. En ellos, se indican generalmente, todas las estructuras civiles, equipos mayores, con un trazo sencillo, en una escala conveniente y mostrando únicamente la información básica. Las canalizaciones de instrumentación se deberán realizar, una vez que las estructuras civiles mayores estén prácticamente completas a nivel de planos y los planos de tuberías y equipos, mostrando los tendidos y conexiones, se encuentren en un porcentaje alto de avance. Todo esto, a fin de que el diseñador disponga de la información más actualizada al momento de diseñar el trayecto de las canalizaciones. Es por ello que el proyectista o ingeniero, debe solicitar a las diferentes disciplinas los planos de: -

Clasificación de áreas (Dpto. Electricidad)

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN Canalizaciones Eléctricas de fuerza e iluminación (Dpto. Electricidad) Trayecto y ubicación de tuberías (Dpto. Tuberías) Planos o esquemas de equipos mayores (Dpto. Equipos) Estructuras civiles, secciones, vistas, etc.(Dpto. Civil) Todos aquellos planos, esquemas o croquis que faciliten y ayuden al diseñador de canalizaciones, en el diseño de las mismas a fin de evitar interferencias, errores, u omisiones con otras disciplinas. Además de esta información, se debe disponer, para consulta, los estándares y las normas vigentes necesarias; catálogos de productos que cumplan con las especificaciones requeridas, u otras guías de diseño o manuales que puedan ser de utilidad. 5.2 Guías y Recomendaciones Generales Antes de proceder a elaborar los planos de canalizaciones de instrumentación, el proyectista o ingeniero diseñador, deberá definir el tipo de canalización que más convenga en la aplicación dada. Para ello debe tomar en consideración todos los aspectos mencionados en esta guía, así como las normas y estándares que deben cumplir a juicio de la autoridad correspondiente, tal como el Código Eléctrico Nacional (NFPA) y Normas API. Es imprescindible, haber hecho antes, los planos con la ubicación de los instrumentos en la planta, a fin de poder definir la ubicación de las cajas de conexiones y el trayecto de la canalización que resulte más conveniente para la ubicación de los instrumentos cuyo montaje sea en soportes, se deberán considerar las facilidades para realizar la conexión eléctrica así como el trayecto de la canalización hasta estos instrumentos. La comunicación fluida, entre las diferentes disciplinas, constituye uno de los puntos más importantes a la hora de definir trayectos, ubicación de instrumentos y soportes. Sin embargo, con mucha frecuencia no se realiza de una manera efectiva. Por ello, es recomendable, en los casos donde existan dudas acerca de equipos, tuberías, estructuras, soportes, etc., aclararlas inmediatamente con el departamento responsable. Para canalizaciones subterráneas, se debe solicitar al departamento civil, los planos de drenajes y tendidos subterráneos. Igualmente, se deberá coordinar entre las disciplinas de electricidad e instrumentación, que los recorridos subterráneos de las canalizaciones de fuerza e iluminación, y los de instrumentación, cumplan con todos los requerimientos señalados anteriormente. Así mismo, se debe verificar si existen tuberías de proceso con trayectos enterrados que puedan interferir con estas canalizaciones subterráneas. En los casos donde el proyecto sea de remodelación, se deben buscar los planos “como construido”, de los drenajes e instalaciones subterráneas. Todos los cruces de canalizaciones subterráneas de instrumentación con drenajes, __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN canales, tuberías, zanjas eléctricas u otras instalaciones, deben ser señalados perfectamente en el plano de canalizaciones, así como indicar en cada uno de ellos los planos de detalles para los cruces, tal como se vio anteriormente. En trayectos difíciles de apreciar o entender con el plano de planta únicamente, se deberá dibujar cortes, vistas laterales y detalles que faciliten la visualización del arreglo. Cualquier cambio en el diseño original de canalizaciones de instrumentación, posterior a una emisión cualquiera, deberá indicarse claramente en los planos, en forma que destaque la parte modificada. En todos los casos se indicará la fecha y descripción de la modificación, así como su aprobación. En obras de gran magnitud, es común subdividirla en varios planos por áreas o facilidades, a fin de realizar el diseño a escalas apropiadas. En estos casos, con frecuencia, una canalización de instrumentación (sea aérea o subterránea), continúa a través de varios planos. En estas circunstancias, el diseñador deberá verificar que exista un perfecto acoplamiento entre la canalización que “sale” de un plano y continua en otro. Esto se hace solapando las líneas de coincidencia comunes a ambos planos en cuyo caso las canalizaciones deben observarse en la unión de una manera continua y sin interrupciones. Todos los planos deben ser diseñados y dibujados de acuerdo a los procedimientos de dibujo de Jantesa, S.A. En estos procedimientos debe estar indicada toda la información referente a trazados, acotaciones, rotulación, sistemas de numeración, etc., de manera que se refleje una uniformidad de criterios y técnicas al compararlas con cualquier otro plano elaborado en la empresa. 5.3 Notas Generales y Específicas Las notas generales que se repiten en la mayoría de los planos, se pueden ejecutar mediante la aplicación de las siguientes alternativas: -

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Realizando un plano especial con notas generales, detalles típicos, simbología y en general toda la información común a todos los planos. Para este caso, en cada uno de los planos restantes se colocará una nota general que los remitan a dicho plano especial. En planos definitivos (para construcción), no se deben incluir notas en cuyo contenido, se le de la potestad al contratista o constructor, de realizar cambios sustanciales en el diseño y/o trayectos de las canalizaciones. Notas tales como: “La ruta y trayecto de las canalizaciones de instrumentos es tentativa”. El contratista realizará el ruteo definitivo en la fase de montaje, por esto no son recomendadas en planos para construcción.

Se deben colocar notas específicas, cuando se desee aclarar un procedimiento, instalación o fabricación especial en el plano de canalizaciones. Estas notas son muy útiles en construcción y es buena práctica que el diseñador apele a ellas cuando a su juicio, sirva para aclarar algún punto en particular. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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MANUAL DE CANALIZACIONES DEPARTAMENTO DE INSTRUMENTACIÓN 5.4 Simbología y Leyenda Para indicar y representar los instrumentos, dispositivos y equipos de medición y control, así como las canalizaciones aéreas, subterráneas, etc. se emplean normas muy variadas que a veces difieren de un cliente a otro. Es por ello, que esta gran variedad de normas crea la necesidad de la normalización o estandarización en las canalizaciones eléctricas de instrumentos. Para el caso de equipos y dispositivos eléctricos, existen entidades que han realizado grandes esfuerzos en este sentido, tales como: CADAFE, LA ELECTRICIDAD DE CARACAS, NORMAS COVENIN, etc. Sin embargo, en el área de instrumentación y específicamente para el caso de canalizaciones, aún no ha sido establecida una estandarización de símbolos. Es por ello que muchas de las grandes empresas poseen su simbología particular. En este sentido es recomendable informarse de la simbología utilizada en el proyecto a realizar (si la posee) y de no poseer ninguna en específico se utilizará la simbología típica del Departamento de Instrumentación de JANTESA, S.A. .

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Manual de Canalizaciones

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