TEMA 3 DEFINICION DE CARGA EN LAS INSTALACIONES ELECTRICAS RESIDENCIALES

INSTALACIONES ELECTRICAS I

TEMA 3. 3 DEFINICION DE CARGA EN INSTALACIONES ELECTRICAS

INSTALACIONES ELECTRICAS I Definiciones

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•

Tal como se vio anteriormente, una instalación eléctrica está para alimentar desarrollada p una carga Por esta razón, se propone una generalización de elementos para su estudio y mejor comprensión

TC

LUZ

M


Generación o Acometida Principal

Tablero

Cargas TC

LUZ

M


CARGAS ELECTRICAS


Cada elemento del sistema eléctrico que requiere ser alimentado, se puede definir como una CARGA ELECTRICA Como primera aproximación, aproximación se debe conocer un listado temprano de cargas eléctricas, lo cual permite: • Estimación E ti ió de d presupuesto t •Definición de nivel de voltaje y tipo de esquema de alimentación


Para todo sistema se requiere conocer o identificarse los siguientes tipos de cargas

• Carga Criticas •Cargas Prioritarias •Cargas C d Emergencia de E i


Cada elemento del sistema eléctrico que requiere ser alimentado, se puede definir como una CARGA ELECTRICA Usando esta definición, definición se puede caracterizar la carga eléctrica en sistemas de Baja Tensión en tres grandes grupos: g de iluminación • Carga •Carga de Tomacorrientes •Carga de Motores Eléctricos


CARGA DE ILUMINACION


CARGA DE ILUMINACION CONCEPTOS BASICOS


La Iluminación se define como luz cayendo sobre una superficie, medida en pies candelas o lúmenes. Di t ib id con un plan Distribuida l económico ó i y visual, i l se convierte i t en iluminación de ingeniería y por lo tanto, en iluminancia Un diseñador de iluminación tiene cuatro objetivos principales: • Proveer la visibilidad requerida basada en la tarea a realizarse y los objetivos económicos. • Brindar iluminación de alta calidad mediante niveles de iluminancia uniforme y mediante la minimización de efectos negativos de brillo directo y reflejado. f


La Iluminación se define como luz cayendo sobre una superficie, medida en pies candelas o lúmenes. Di t ib id con un plan Distribuida l económico ó i y visual, i l se convierte i t en iluminación de ingeniería y por lo tanto, en iluminancia Un diseñador de iluminación tiene cuatro objetivos principales: • Escoger luminarias estéticamente complementarios a la i instalación l ió con características í i mecánicas, á i eléctricas lé i y de d mantenimiento, diseñadas para minimizar el costo p operativo. • Minimizar el uso de energía al tiempo que se consiguen los objetivos de visibilidad, calidad y estéticos


Conceptos Básicas de Iluminación Fl j Luminoso Flujo L i

El flujo luminoso es la frecuencia del paso de la luz medido en lúmenes. Es una medida del total de luz emitida p por una fuente y es usada comúnmente para la medición de la salida de lámpara total. Ot definición Otra d fi i ió es que ell flujo fl j luminoso l i es la l medida did de d la l potencia luminosa percibida. Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es el lumen


Conceptos Básicas de Iluminación I t Intensidad id d Luminosa L i (I)

La candela es la unidad de intensidad (I) y es análoga a la presión en el sistema hidráulico. A veces es llamada p candela y describe la cantidad de luz (lúmenes) en una unidad de ángulo sólido. Esta unidad de ángulo sólido se llama steradian. steradian Se observará en la figura que mientras la luz se aleja de la fuente, el ángulo sólido cubre un área más y más grande; pero el ángulo permanece así como la cantidad tid d de d luz l que contiene. ti P lo Por l tanto, t t la l intensidad i t id d en una dirección dada es constante independientemente de la distancia.


Conceptos Básicas de Iluminación I t Intensidad id d Luminosa L i

I= (lumens) ((steradians))


Conceptos Básicas de Iluminación I t Intensidad id d Luminosa L i


Conceptos Básicas de Iluminación Il i Iluminancia i (E) La iluminancia es la cantidad de luz que alcanza un área unitaria de superficie y es medida en pies candela o luxes. Es definida por la intensidad (I) en candelas, dirigida hacia el punto P, dividida por la distancia al cuadrado (D) de la fuente a la superficie.


Conceptos Básicas de Iluminación Il i Iluminancia i (E) La iluminancia es la cantidad de luz que alcanza un área unitaria de superficie y es medida en pies candela o luxes. E= I cos  D² Donde E = iluminación en pies candela (fc) o luxes I = intensidad en candela (cd) hacia el punto P D = distancia en pies o metros


Conceptos Básicas de Iluminación Il i Iluminancia i (E)


CARGA DE ILUMINACION TIPOS DE LUMINARIAS


Clasificación de Elementos de iluminación A pesar de que hay cientos de lámparas en el mercado hoy en día, estas pueden ser clasificadas por construcción y características operativas, en tres grupos: •Incandescente •Fluorescente Alta intensidad de descarga (HID) •Alta Las lámparas HID pueden ser agrupadas en cuatro clases principales: •Sodio de alta presión •Aditivos metálicos •Mercurio •Sodio de baja presión (E)


Lámparas Incandescentes Una lámpara de filamento incandescente es la fuente de luz usada de manera más común en la iluminación residencial. La luz se produce en esta fuente por el calentamiento de un alambre o filamento que alcanza la incandescencia por medio del flujo de corriente a través de él. La corta vida y baja eficacia (lúmenes por watt) de esta fuente, limita su uso principalmente a iluminación comercial de decoración y residencial. La eficacia varía con la potencia y el tipo de filamento pero generalmente oscila entre 15 y 25 filamento, lúmenes por watt para lámparas de servicio general.


Lámparas Incandescentes La fuente incandescente produce, sin embargo, g un rendimiento de temperatura de color altamente aceptada. Es más conveniente que otras fuentes de luz porque puede ser usada directamente en la línea de corriente, por lo que no requiere balastro y puede alterarse la i t intensidad id d utilizando tili d equipo i simple. i l Está disponible en diferentes tamaños de foco, formas y distribuciones, para añadir un toque decorativo a un área


Lá Lámparas Fl Fluorescentes t La lámpara fluorescente produce luz al activar fósforos seleccionados en la superficie interna del foco con energía ultravioleta que es generada por un arco de mercurio. Por las características de un arco gaseoso, gaseoso se necesita un balastro para iniciar y operar lámparas fluorescentes. Las ventajas de una fuente de luz fluorescente incluyen eficacia mejorada y una vida más larga que la de las lámparas incandescentes. Las eficiencias de estas lámparas oscilan entre los 45 y los 90 lúmenes por watt. Su baja brillantez de superficie y generación de calor las hacen ideales para oficinas y escuelas, donde el confort térmico y visual son importantes.


Lámparas Fluorescentes Dentro de las desventajas de las lámparas fluorescentes se incluye su gran tamaño para la cantidad de luz producida. Esto dificulta el control de luz,, lo q que da como resultado un ambiente difuso y sin sombras. Su uso en áreas exteriores es todavía menos económico porque la salida de luz de esta económico, fuente se reduce a temperaturas ambientes bajas. A pesar de d que la l eficacia fi i fluorescente fl es mayor que el de una lámpara incandescente, sólo se pueden lograr p g altos lúmenes p por watt mediante lámparas de sodio de alta presión o de aditivos metálicos.


Lámparas Alta Intensidad de Descarga (HID) Las fuentes de alta intensidad de descarga incluyen lámparas de mercurio, aditivos metálicos, sodio de alta presión (HPS) y sodio de baja j p presión. La luz se produce en las fuentes HID a través de la descarga de un arco gaseoso, usando una variedad de elementos. elementos Cada lámpara HID consiste en un tubo de arco que contiene ciertos elementos o mezcla de elementos, que se gasifican ifi y generan una radiación di ió visible i ibl cuando d se genera un arco entre los electrodos en cada p polo.


Lámparas Alta Intensidad de Descarga (HID) Las principales ventajas de las fuentes HID, son su alta eficacia en lúmenes por watt, larga vida de la lámpara y para un buen control de luz. Entre las desventajas j se incluyen y la necesidad de un balastro para regular la corriente de la lámpara y el voltaje así como ayuda para el arranque de HPS y el retraso en reiniciar instantáneamente después de una interrupción de energía momentánea


CARGA DE ILUMINACION CALCULO DE ILUMINACION


Metodos para Calculo de iluminación El alcance sobre cálculo de iluminación en esta materia, corresponde a la iluminación de áreas interiores Para el calculo de áreas exteriores,, se recomienda cursar luminotecnia L Los métodos ét d más á conocidos id o usados d para áreas á interiores son: •Método Mét d de d Lumen L o de d Cavidad C id d Zonal Z l •Método Punto a Punto •Método Método Isolux


Método de Cavidad Zonal El método de es el método aceptado en la actualidad para calcular los niveles de iluminancia promedio para áreas interiores a menos que la distribución de luz sea radicalmente asimétrica. asimétrica Es un método manual exacto para aplicaciones interiores porque toma en consideración el efecto que tiene la i t interreflectancia fl t i sobre b ell nivel i l de d iluminancia. il i i A pesar que toma en consideración muchas variables, la premisa básica de que los pies candela o los lúmenes son iguales al flujo sobre un área.


Método de Cavidad Zonal El fundamento del método de cavidad zonal es que el cuarto se compone de tres espacios o cavidades: • El espacio entre el techo y las luminarias, si están suspendidos se define como la “cavidad suspendidos, cavidad del techo techo”;; • El espacio entre entre el plano de trabajo y el piso, la “cavidad del piso”; y el espacio entre las luminarias • El plano l d trabajo, de t b j la l “cavidad “ id d del d l cuarto”. t ” Una vez que el concepto de estas cavidades ha sido comprendido, es posible calcular las relaciones numéricas llamadas “rangos de cavidad”, que pueden ser usados para determinar la reflectancia efectiva del techo y el piso y después encontrar el coeficiente de utilización. utilización Hay cuatro pasos básicos en cualquier cálculo de nivel de iluminancia:


Método de Cavidad Zonal Hayy tres p pasos básicos en cualquier q cálculo de nivel de iluminancia: 1-Determinar el rango de cavidad o indice del local 2S l 2-Seleccionar i ell coeficiente fi i t de d Utilización Utili ió 3-Computar el nivel de iluminancia promedio


Método de Cavidad Zonal Paso 1: Los rangos de cavidad pueden ser determinados mediante el cálculo de las siguientes fórmulas:


Método de Cavidad Zonal Paso 1: Donde: hcc = distancia de la luminaria al techo hrc = distancia de la luminaria al plano de trabajo hfc = distancia de la luminaria del plano de trabajo al piso L = Largo del cuarto W = Ancho A h del d l cuarto t


Método de Cavidad Zonal


Método de Cavidad Zonal Paso 2: Seleccionar el coeficiente de utilización Ya calculado el rango de cavidad, se calcula el coeficiente de utilizacion de la luminaria que va a ser usada en el área Para esto, esto se deben conocer o suponer las reflectancias de pared, piso y techo. En caso de no poder calcular estos valores, se puede usar la siguiente tabla: Y que la Ya l tabla es lineal, se pueden hacer interpolaciones lineales para rangos de cavidad exactos o


Color Techo

Paredes

Suelo

Factor de reflexión (  )

Blanco o muy claro

0.7

claro

0.5

medio

0.3

claro

0.5

medio

0.3

oscuro

0.1

claro

0.3

oscuro

01 0.1


Método de Cavidad Zonal Paso 2: Seleccionar el coeficiente de utilización • Escogidos, los factores de reflexión, se usa la tabla del coeficiente de utilización. Esta tabla, normalmente, viene dada de acuerdo con el tipo de luminaria a ser usada • Como la tabla es lineal, se pueden hacer interpolaciones lineales para rangos de cavidad exactos


Método de Cavidad Zonal Paso 2: Seleccionar el coeficiente de utilización Dentro de este paso, es conveniente Determinar el factor de mantenimiento (fm) o conservación de la instalación. Este coeficiente dependerá del grado de suciedad ambiental y de la frecuencia de la limpieza del local. Para una limpieza periódica anual podemos tomar los siguientes valores: Ambiente Limpio Sucio

Factor de mantenimiento t i i t (fm) (f ) 0.8 06 0.6


Método de Cavidad Zonal Paso 3: Calculo de Iluminancia promedio Cálculo del flujo luminoso total necesario. Para ello aplicaremos la fórmula

donde: es el flujo luminoso total E es la iluminancia media deseada S es la superficie del plano de trabajo es el factor de utilización fm es el factor de mantenimiento


Método de Cavidad Zonal Paso 3: Calculo de Iluminancia promedio Cálculo del número de luminarias. redondeado por exceso

donde: es el flujo luminoso total N es el número de luminarias es el flujo luminoso por lampara n es el número de lámparas por luminaria


Método de Cavidad Zonal Emplazamiento de las luminarias Una vez hemos calculado el número mínimo de lá lámparas y luminarias l i i procederemos d a distribuirlas di t ib i l sobre la planta del local. En los locales de p planta rectangular g las luminarias se reparten de forma uniforme en filas paralelas a los ejes de simetría del local según las fórmulas:


Método de Cavidad Zonal Emplazamiento de las luminarias

donde N es el número de luminarias




Método de Cavidad Zonal Emplazamiento de las luminarias La distancia máxima de separación entre las luminarias dependerá del ángulo de apertura del haz de luz y de la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo. Veámoslo mejor con un dibujo:




Método de Cavidad Zonal Emplazamiento de las luminarias Como puede verse fácilmente, mientras más abierto sea el haz y mayor la altura de la luminaria más superficie iluminará aunque será menor el nivel de iluminancia que llegará al plano de trabajo tal y como dice la ley inversa de los cuadrados. D la De l misma i manera, vemos que las l luminarias l i i próximas ó i a la pared necesitan estar más cerca para iluminarla (normalmente la mitad de la distancia). Las conclusiones sobre la separación entre las luminarias las podemos resumir como sigue:


Método de Cavidad Zonal Emplazamiento de las luminarias Tipo de luminaria

Altura del local

intensiva

> 10 m

extensiva

6 - 10 m

semiextensiva extensiva

Distancia máxima entre luminarias e

1.2 h

e

15h 1.5

e

1.6 h

4-6m 4m distancia pared-luminaria: e/2


Método de Cavidad Zonal Emplazamiento de las luminarias Comprobación de los resultados Por último, nos queda comprobar la validez de los resultados mirando si la iluminancia media obtenida en la instalación diseñada es igual o superior a la recomendada en las tablas. tablas


Método de Cavidad Zonal Iluminancia Requerida

donde: Em es flujo luminoso total es el flujo luminoso de una lampara S es la superficie del plano de trabajo es el factor de utilización n es el número de lámparas por luminaria Fm es el factor de mantenimiento


Niveles de iluminacion Tareas y clase de Local Zonas generales de Edificio

Iluminancia Media ((lux)) Minimo

Recomendado

Zona de circulacion, pasillos

50

100

Escaleras almacenes,archivos Escaleras, almacenes archivos

100

150

Sala de mecanografiado, sala de procesos, de conferencias f i

450

500

Grandes oficinas, salas de dibujo

500

750

Trabajos con requerimientos visuales limitados

200

300

Trabajos con requerimientos visuales normales

500

750

Trabajos con requerimientos visuales especiales

1000

1500

Oficinas

Industrial (en general)


CARGA DE TOMACORRIENTES


Definicion De acuerdo con el CODIGO ELECTRICO NACIONAL, un tomacorriente es un dispositivo de contacto instalado en la salida para que se conecte a él una clavija de conexión o enchufe Un tomacorriente sencillo es un dispositivo de contacto en la misma unidad. Un tomacorriente múltiple es un di dispositivo iti de d contacto t t que contiene ti d o mas dispositivos dos di iti de contacto en la misma unidad


Carga Admisible De acuerdo con el CODIGO ELECTRICO NACIONAL, en su sección 210.21, la cargabilidad del tomacorriente es el siguiente:

Régimen Circuito (A) 15 20 30

Régimen del tomacorriente (A) 15 20 30

Carga Máxima (A) 12 16 24


Tomacorrientes La estimación de las salidas de tomacorrientes y su ubicación se clasificarán según g su uso de acuerdo a lo mencionado en la sección 210.52 del Código Eléctrico Nacional. Nacional


Área de cocina En el área de cocina y comedor está estipulado dos o más circuitos de 20 A (Artículo220 4 (B) CEN) para las salidas de tomacorrientes de pequeños artefactos (Artículo220.4 a las que se refiere el artículo 210.52 (A) y (C) y adicionalmente para los equipos de refrigeración. Existe una excepción a dicho artículo que permite que la salida para los equipos de refrigeración reciba corriente de un circuito ramal i d independiente di d 15 A nominales de i l o más. á

Cuartos de baño Se debe instalar por lo menos una salida para tomacorrientes en pared, cerca de cada lavamanos, éstas deben estar alimentadas al menos por un circuito ramal de 20 A. Estos circuitos no tendrán otra salida y deben ofrecer protección a las personas mediante interruptor contra fallas a tierra.

Área Á d lavandería de l d í En esta área se debe instalar como mínimo una salida para tomacorrientes para lavadora y se considera no menos de 180 VA por cada tomacorriente simple o múltiple. múltiple

Pasillos

Deben tener por lo menos una salida por cada tres (3) metros de longitud del pasillo sin pasar por ninguna puerta.

INSTALACIONES ELECTRICAS I • Los circuitos ramales para tomacorrientes serán de 15, 20, 30, 40 y 50 A y dependerá de la capacidad amperimétrica del conductor seleccionado, apartado 210.3 [1]. • Los circuitos ramales mayores a 30 A serán destinados para industrias o comercios no deben ser utilizados para unidades de vivienda. comercios, vivienda • A excepción de lo expuesto anteriormente para los circuitos ramales para pequeños artefactos, el cálculo para tomacorrientes se hace considerando no menos de 180 VA por cada tomacorriente simple o múltiple, cuando son más de cuatro tomacorrientes en una pieza se considera como mínimo 90 VA por tomacorriente, i apartado d 220.3(B)(9) 220 3(B)(9) [1]. [1] • Adicionalmente se considera una carga unitaria de 11 VA por cada metro cuadrado para salidas de tomacorriente de uso general cuando se desconozca el número real de tomacorrientes.

INSTALACIONES ELECTRICAS I •

La ubicación de los tomacorrientes, cuando se considere poco probable el uso simultáneo de ciertos número de artefactos, será asumida una separación de 1,5 m entre las salidas, en cambio cuando la posibilidad sea alta, las salidas se ubican cada longitud de 30 cm según lo indicado en el artículo 220.3 Sabido esto a continuación se presenta un formulario en el que se especifica la cantidad de tomacorrientes por área según las necesidades de la zona y tomando en cuenta los equipos a conectar destinada para salidas de reserva.

INSTALACIONES ELECTRICAS I El formulario f l i para la l estimación ti ió de d la l demanda d d de d tomacorrientes t i t es ell siguiente: Estimación de la demanda del Sistema de tomacorrientes

INSTALACIONES ELECTRICAS I Luego se aplica el factor de demanda de la tabla XVIII (220.13 del CEN) estipulado para las cargas de tomacorrientes en unidades no residenciales. Factores de demanda para cargas de tomacorrientes en unidades no residenciales

INSTALACIONES ELECTRICAS I De esta forma se obtiene la demanda de los tomacorrientes:


Fuerza •

Aire Acondicionado y Ventilación: Dado que este sistema representa por lo general un porcentaje alto de la carga total de la instalación, es importante incluir las características eléctricas (tensión, número de fases, etc.) y el lugar donde se encuentra ubicado. Para estos equipos el factor de demanda es del 100%.

•

Equipos Hidroneumáticos: Para estos equipos además de indicar todos lo motores que integran el sistema, es conveniente mostrar el régimen de trabajo a fin de determinar la simultaneidad del funcionamiento en los equipos.

A continuación se muestra el formulario para la estimación de la carga de los equipos i d fuerza de f y se procede d de d igual i l forma f que para los l casos anteriores t i aplicando los factores de demanda que corresponda.


Fuerza A continuación se muestra el formulario para la estimación de la carga de los equipos de fuerza y se procede de igual forma que para los casos anteriores aplicando los factores de demanda que corresponda. Carga estimada de los equipos de fuerza a instalar


Cargas esenciales •

Por ser cargas g de vital importancia p es imprescindible p mostrar el g grado de continuidad de servicio requerido. La determinación de las cargas esenciales en una planta industrial va directamente relacionada con los procesos o actividades que no pueden interrumpir su servicio

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para los tableros de 208/120 V tenemos las siguientes: Tomacorrientes de uso general, general tomacorrientes para computadoras, computadoras tomacorrientes de uso especial dedicados a equipos específicos, nevera, microondas.

•

Para los tableros en 480/277 V se toman en cuenta las cargas especificadas a continuación: iluminación de emergencia con sus respectivos balastos, unidades de manejo de aire y transformadores de servicios preferenciales entre otros


Iluminación de emergencia •

La iluminación de emergencia es un factor fundamental en toda instalación y d b cumplir debe li con ciertos i t criterios it i establecidos t bl id por ell Código Códi Elé t i Eléctrico Nacional, deben estar incluidas las siguientes cargas, la iluminación de emergencia g de p pasillos y escaleras, iluminación de las salidas de emergencia, g señales luminosas de salidas, y demás luces que se consideren necesarias para garantizar la seguridad de la instalación, según apartado 700-16 del CEN.

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Por lo general se utiliza la tercera parte de los circuitos de iluminación general para emergencia, de ser así es importante conocer el tipo de luminaria a utilizar la cual fue establecida anteriormente, utilizar, anteriormente para verificar el tiempo mínimo de encendido, ya que según las normas del CEN se exige que sea antes de 10 segundos y en algunos casos por ejemplo las luminarias del tipo metal halide requieren de un tiempo mínimo para volver a encender, superior al indicado.


Iluminación de emergencia •

Por tal razón, si el sistema de iluminación normal consta de lámparas de d descarga d gran intensidad, de i t id d tales t l como las l de d vapor de d sodio di o mercurio i de d alta y baja presión o las de halógenos, el sistema de iluminación de emergencia g debe funcionar hasta q que se restablezca totalmente la iluminación normal.

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Las luminarias de emergencia se consideran como servicio crítico por lo que necesitan fuente de alimentación alterna como baterías, planta generadora o sistema de potencia ininterrumpible.


R Reservas eservas •

Se especifica la carga estimada para reserva, tanto actual como para expansión futura,incluyendo el tipo de carga. Esta previsión garantiza que las revisiones hechas posteriormente sean sencillas, y las reformas no acarreen un incremento en el costo inicial calculado para la instalación, dado que es frecuente la modificación de los datos de la carga por compra de equipos determinados con valores nominales diferentes a los asumidos en un principio. principio

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Por lo general en cada tablero de distribución se deja 20% de la carga total en amperes p destinada p para salidas de reserva.

TEMA 3 DEFINICION DE CARGA EN LAS INSTALACIONES ELECTRICAS RESIDENCIALES

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