PROYECTO: INSTALACIÓN ELÉCTRICA RESIDENCIAL MEMORIAS DE CÁLCULO
Hernán Alexander Restrepo Ricardo Rafael Ensuncho Juan David Velásquez David Velásquez
Curso: Instalaciones Eléctricas Industriales y Residenciales Profesor: Carlos Mario Diez Fecha: Noviembre 27 de 2011
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLIN FACULTAD DE MINAS- ESCUELA DE MECATRÓNICA
1
TABLA DE CONTENIDO 1.
INTRODUCCIÓN .......................................................... ................................................................................................................. ....................................................... 3
2.
UBICACIÓN DEL PROYECTO .............................................................. ............................................................................................... ................................. 4
3.
ACOMETIDA............................................................... ....................................................................................................................... ........................................................ 4
4.
CÁLCULO DE REGULACIÓN ............................................................... ................................................................................................ ................................. 5
5.
CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA........................................................... ................................................................................. ...................... 7
6.
ALAMBRADO Y SELECCIÓN DE CONDUCTORES ................................................................ 8 6.1.
Calibre de los Conductores: ......................................................... .......................................................................................... ................................. 9
6.1.1.
Calibre Mínimo del Conductor: ..................................................................... ............................................................................. ........ 9
6.1.2.
La Capacidad de Conducción de Corriente: .......................................................... 9
6.1.3.
La Caída de Tensión de los Conductores: .............................................................. 9
6.2.
Circuitos Ramales de la Cocina:............................................................... ..................................................................................... ...................... 9
6.3.
Circuitos de Alumbrados y Tomacorrientes Generales:.............................................. 10
6.3.1.
Alumbrado ................................................................. ........................................................................................................... .......................................... 11
6.3.2.
Tomas generales .................................................... ¡Error! Marcador no definido.
6.4.
Circuito de Lavandería y Planchado: ..................................................................... ........................................................................... ...... 11
6.5.
Circuitos para Baños:......................................................... ................................................................................................... .......................................... 12
7.
DIAGRAMA UNIFILAR ............................................................ ...................................................................................................... .......................................... 12
8.
DUCTOS ...................................................................... ........................................................................................................................... ..................................................... 12 8.1.
Número de conductores en una canalización (Tubo Conduit).................................... 12
8.2.
Corrección por Temperatura Ambiente: ............................................................... ..................................................................... ...... 13
8.3.
Calculo del Calibre: ............................................................ ...................................................................................................... .......................................... 13
8.4.
Selección de la Tubería Conduit: ............................................................. ................................................................................. .................... 13
9.
ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO Y FALLA A TIERRA. ........................................................... 14
10.
CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTAS A TIERRA ............................................................... 16
10.1.
Selección del Conductor de Puesta a Tierra de Equipos ......................................... 16
10.2.
Selección del Conductor del Electrodo del Sistema de Puesta a Tierra .................. 17
10.3.
Electrodo del Sistema de Puesta a Tierra ............................................................... 17
CONCLUSIONES. .................................................................................................................... .......................................................................................................................... ...... 18 BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. 19
2
1.
INTRODUCCIÓN
La ingeniería eléctrica a través de la evolución técnica y tecnológica ha sufrido muchos cambios, desde los primeros descubrimientos de la leyes que la fundamentan, hasta ser uno de los motores que mueven al mundo, pues es impensable el desarrollo actual de la humanidad sino se tuviera el poder de manejar la energía eléctrica mediante sus innumerables aplicaciones en el día a día. A diario utilizamos electrodomésticos como lámparas, neveras, hornos microondas, grabadoras, equipos de sonido, planchas, televisores, computadores, entre otros, los cuales funcionan con energía eléctrica. Es por esto que las instalaciones y equipos que usan la electricidad como fuente de energía deben cumplir con fundamentos de sostenibilidad y utilidad, en su concepto más amplio; para lo cual su diseño, construcción, , puesta en marcha, seguridad y mantenimiento deben además cumplir con normas básicas para su excelente funcionamiento. El Min is teri o De Min as Y Ener gía - MME – al cumplir sus funciones en materia de uso racional de energía y el señalamiento de los requisitos técnicos que deben cumplir las obras, equipos y procedimientos, publicó la Resolución Num ero 180398 de 2004 de Abr il 7 , en la cual se expidió el Reglamento Técnico De Instalaciones Eléctricas – RETIE –, que fija las condiciones técnicas que garanticen la seguridad de los procesos de Generación, Transmisión, Transformación, Distribución y Utilización de la energía eléctrica en la República de Colombia. El presente proyecto más allá de un ejercicio académico representa una parte del qué hacer del ingeniero electricista, buscando satisfacer las normas y reglamentos correspondientes para una “Instalación para Uso Final ”, basándose en los requerimientos por el RETIE en su Capítulo II Articulo 8.1, incisos a), e), f), g), h), j),k), q), t) y u), donde se determinaran sus estudios correspondientes, aplicándose además la norma NTC 2050 y otros parámetros técnicos para cumplir cabalmente con dichos objetivos.
3
2.
UBICACIÓN DEL PROYECTO
El proyecto en estudio es una casa para la urbanización Villas de Santa Catalina ubicada en el sector de Robledo La Campiña del Municipio de Medellín – Antioquia en la Carrera 90 A# 65G, el proyecto consta de 412 casas bifamiliares con un área de 40 m², la cual cuenta con dos alcobas, sala, comedor, cocina y espacio para ampliar a 3 alcobas. 3.
ACOMETIDA
La acometida son las líneas desde las redes de distribución de la empresa de energía (en nuestro caso EPM) hasta el contador de la edificación. Para determinar las características de la acometida es necesario tener en cuenta factores como, la carga máxima demandada – CMD –, la carga instalada y el factor de carga. La carga máxima demandada representa para un instante dado, la máxima coincidencia de cargas eléctricas operando al mismo tiempo, es decir, la demanda máxima corresponde a un valor instantáneo en el tiempo. La carga instalada es la capacidad total conectada a la instalación eléctrica, es decir, la suma aritmética de las potencias de los elementos que se pueden conectar a la instalación.
El factor de carga es la relación entre la carga máxima demandada en un sistema durante un período específico de tiempo y la carga máxima que se produzca en ese período.
Para calcular la CMD se recurre al siguiente procedimiento: Se calcula la potencia de los elementos generales como bombillos, tomacorrientes, etc. LUGAR Alcoba1 Alcoba2 Baño1 Sala - Comedor Cocina tomas Cocina luces Ropa tomas Ropa luces Esta potencia corresponde
TOMAS 2 2 1 3 2 0 1 0
LUCES 1 1 1 2 0 1 0 1
CIRCUITO POTENCIA 2 460 2 460 2 280 2 740 4 1500 2 100 5 1500 2 100 . 4
Luego se determina la potencia de circuitos especiales como la estufa.
Con estos datos se calcula la CMD como:
Donde:
Los resultados se muestran a continuación: [W] [W] Carga demandada CMD [W] Factor de demanda I [A]
5140 6000 9749 0,87 40,62
Donde la corriente de la acometida se obtiene como:
Con lo anterior se obtiene que la acometida, en conductores tipo THW son de calibre No. 6 AWG para líneas vivas y No. 8 AWG para la línea neutra y los elementos de protección son de 60 [A].
4.
CÁLCULO DE REGULACIÓN
La regulación de voltaje es un criterio importante a tenerse en cuenta a la hora de realizar una adecuada instalación eléctrica, debido que de esta dependen en gran medida la vida útil de los aparatos eléctricos. La regulación de voltaje es básicamente la caída porcentual del voltaje en una línea referida a un voltaje externo y su principal objetivo es mantener el nivel de tensión entre rangos seguros y garantizar que cada equipo eléctrico se encuentre conectado a un nivel de voltaje adecuado, esta condición debe cumplirse para diferentes condiciones de carga.
5
Si un equipo eléctrico se encuentra alimentado por una tensión diferente a la de diseño, este puede perder vida útil, perder eficiencia y perder calidad de servicio; dependiendo de sus características será mayor o menor el efecto de la operación a un voltaje inadecuado; en el caso de un bombillo incandescente por ejemplo, se podría llegar a una vida útil del 34 % de la vida útil nominal si se opera a un voltaje de 130 [V] o a una producción de luz del 64 % de la luz nominal si se opera a 105 [V]. Un porcentaje de la regulación de tensión para una instalación eléctrica residencial se establece en la Norma NTC 2050 en la Sección 210 – 19 a) nota 4, este porcentaje de regulación de tensión es del 3 %, por lo tanto, se debe garantizar el no exceder este porcentaje para ningún equipo que se pueda usar en el domicilio. La caída de voltaje se debe a la corriente que fluye a través de la resistencia del conductor y a la longitud que éste presente, por lo tanto, para calcular la caída de voltaje se debe conocer la longitud del conductor y la corriente del circuito. La expresión matemática que permite obtener la regulación de voltaje es la siguiente
Donde . . . . Donde, en nuestro caso, debido a que los conductores se encuentran cargados a más del 50% y a que son de cobre, Los valores para utilizados para cada calibre de nuestra instalación eléctrica residencial se muestran en la siguiente tabla. Calibre 14 12 10
CM 4110 6530 10380
La corriente de cada elemento se calcula como:
Donde
es la potencia del elemento y
es el voltaje del mismo. 6
Los resultados obtenidos para la regulación de voltaje se muestran en los anexos. En los resultados se presenta como mayor valor de regulación de voltaje 0,203%, valor que no supera el 3 %, por lo que podemos afirmar que se cumple con el parámetro de regulación de voltaje.
5.
CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA
Debido a que un diseño adecuado de una instalación eléctrica residencial debe garantizar la mayor eficiencia posible en la entrega de energía eléctrica, es necesario realizar un análisis de pérdidas de energía. Dado que las pérdidas de energía de mayor influencia en una instalación eléctrica residencial son las pérdidas por efecto Joule en los conductores y a que las demás pérdidas son despreciables con respecto a esta, se debe realizar un análisis completo y cuantificar dichas pérdidas. Para proceder a realizar la cuantificación de las pérdidas partimos de la expresión:
Donde es la corriente por el conductor y es su resistencia que entre otras de la resistividad del material, la longitud, el área transversal y la temperatura Para obtener la resistencia de cada conductor se hizo uso de la Tabla 8 del NTC 2050 , donde se especifica la resistencia de cada Capítulo 9 de la material, con su calibre y a una temperatura de 75 °C, temperatura utilizada para el diseño.
Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 1.
7
Tabla 1. REGULACIÓN DE VOLTAJE Y PÉRDIDAS DE ENERGÍA Lugar
Descripción
Longitud [m]
CM
Corriente [A]
Tomacorri ente cerca a l a ventana
3,51
6530
1,5
0,063
0,023
0,052
Lumi nari a
5,27
6530
0,833
0,053
0,035
0,024
Toma corri ente
7,41
6530
1,5
0,134
0,049
0,110
Tomacorri ente cerca a l a ventana
10,05
6530
1,5
0,182
0,066
0,149
Lumi nari a
8,12
6530
0,833
0,082
0,054
0,037
Toma corri ente
12,04
6530
1,5
0,218
0,079
0,179
Lumi nari a
8,19
6530
0,833
0,082
0,054
0,038
Toma corri ente
7,41
6530
1,5
0,134
0,049
0,110
Toma corri ente cerca a coci na
5,48
4110
1,5
0,157
0,058
0,129
Lumi na ri a cerca a l TV
3,01
4110
1,5
0,086
0,032
0,071
Tomacorri ente cerca al tel evi s or
2,6
4110
1,5
0,075
0,027
0,061
Lumi na ri a cerca a l a al coba 1
5,25
4110
0,833
0,084
0,055
0,038
Tomacorri ente cerca a l a ventana
1,13
4110
1,5
0,032
0,012
0,027
Toma corri ente cerca a es tufa
9,82
6530
1,5
0,178
0,065
0,146
Toma corri ente
8,49
6530
1,5
0,154
0,056
0,126
Lumi nari a cerca a l coba 1
6,58
4110
1,5
0,189
0,069
0,155
Ropa tomas
Tomacorri ente l a vadora
11,02
6530
1,5
0,199
0,073
0,164
Ropa luces
Lumi nari a
9,2
6530
0,833
0,092
0,061
0,042
Estufa
Es tufa
7,19
10380
25
1,363
0,034
20,993
Alcoba1
Alcoba2
Baño1
Sala
Cocina tomas Cocina luces
Regulación [%] Resistencia [Ohm]
Pérdidas [W]
22,652
Se obtiene como resultado que las pérdidas totales en la instalación son de 22,65[W] que representa un 0,293 % de la potencia total de la instalación, siendo un porcentaje bajo por lo cual se cumple con una excelente eficiencia del sistema eléctrico residencial.
6.
ALAMBRADO Y SELECCIÓN DE CONDUCTORES
La Norma NTC 2050 Articulo 110 – 5 , establece que los conductores normalmente utilizados para transportar corriente deben ser de cobre, a no ser que dentro de la norma se especifique otro material, en tal caso se deben calcular nuevamente los calibres. Los alambres y cables de cobre THHN/THWN , son los más usados en circuitos alimentadores y ramales de hasta 600 [V] nominales, especiales para instalaciones en sitios abrasivos, en ductos, tuberías y tableros .
8
La Norma NTC 2050 Articulo 310 – 3, indica que cuando los conductores van instalados en canalizaciones, los calibres iguales o mayores Al No. 8 AWG debe ser cableados, es decir conductores de varios hilos. De lo anterior se concluye que para una instalación eléctrica residencial con conductores de cobre, se utilizaran conductores de cobre tipo THHN/THWN ; los cuales pueden ser de un solo hilo (alambres) o compuesto de varios hilos (cables), siendo más flexibles los últimos.
6.1. Calibre de los Conductores: Como el caso en estudio es un circuito monofásico bifilar, compuesto por dos conductores portadores de corriente (fases) y un conductor puesto a tierra (neutro), para realizar una adecuada selección de su calibre es necesario cumplir con los siguientes criterios:
6.1.1. Calibre Mínimo del Conductor: En la Tabla 210 – 24 de la Norma NTC 2050, se encuentra definido el calibre mínimo de los conductores de acuerdo con la capacidad de cada circuito. En nuestro caso el calibre mínimo utilizado en la instalación eléctrica residencial es el calibre No. 14 AWG.
6.1.2. La Capacidad de Conducción de Corriente: Los conductores de los circuitos ramales deben tener una capacidad de corriente no menor a la carga máxima que van a alimentar. Además, los conductores de circuitos ramales con varias salidas para alimentar tomacorrientes para cargas portátiles conectadas con cordón y clavijas, deben tener una capacidad de corriente no menor a la corriente nominal del circuito ramal.
6.1.3. La Caída de Tensión de los Conductores: En alimentadores y circuitos ramales, para los conductores se recomienda tener un calibre que evite una caída de tensión eléctrica superior al 3 % en la salida más lejana (tomacorrientes), para potencia, calefacción, alumbrado o cualquier combinación de ellas.
6.2. Circuitos Ramales de la Cocina: En la cocina, se instalarán dos circuitos, uno para pequeños electrodomésticos y otro para la estufa, la cual será de una potencia de 6000 W y se utilizará un factor de demanda del 80%. 9
Para la estufa, la cual tiene una potencia nominal de 6000 [W] y un voltaje nominal de 220 [V], obtenemos una corriente de operación de 27.27 [A], por tanto con base en la Tabla 210 – 24 de la NTC 2050 , determinamos que la protección de sobrecorriente para este circuito ramal es de 30 [A] y según la Tabla 310 – 16 de la NTC 2050, el calibre del conductor correspondiente a dicha protección será un calibre No. 10 AWG. Los tomacorrientes para los pequeños electrodomésticos de cocina instalados en la zona del mesón deberán conectarse en cascada con un elemento de protección diferencial. Además el sistema tendrá una carga máxima de 1500 VA según la NTC 2050 - Sección 220 Art220-16a y el voltaje de alimentación es de 120 V. De lo anterior:
Donde el resultado obtenido es la corriente que deberá soportar el ramal al cual están conectados los tomacorrientes en cuestión. Según la NTC 2050 Sección 210 Art 210 – 23 para circuitos entre 15 y 20 A no se deberá cargar el circuito a más del 80% de la capacidad nominal del ramal, lo que deja como conclusión la corriente que debe soportar este circuito sea por lo menos 15.625 A para lo cual se instala un alambre 12 AWG según la Tabla 310-16 de la NTC 2050 y según la tabla 210-24 de la NTC 2050 la protección indicada para este circuito será de 20 A.
6.3. Circuitos de Alumbrados y Tomacorrientes Generales: Seg ún el A rt íc u lo 220 – 3 de la NTC 2050 “todas las salidas de tom acorriente de uso general de 20 [A] o menos en unidades de viv ienda unifamiliares, bifamiliares y multifamiliares y en las habitaciones de hoteles y moteles (excepto las conectadas a los circuitos de tom acorriente especificados en el Artíc u lo 220 – b y c), se deben cons iderar com o salidas para alum brado general y en tales salidas no serán necesarios cálculos para cargas adicionales”.
En el circuito se instalarán 11 tomacorrientes generales y 7 luminarias. La potencia se calcula teniendo en cuenta el artículo 220-3b) de la NTC 2050 tomando como dato el área en metros cuadrados de la construcción, a saber 101.8 m2.
Los tomacorrientes generalmente se instalan según las siguientes alturas medidas desde el piso: 10
30 cm para uso normal en viviendas y locales comerciales. 20 cm por encima del nivel de la mesa, si es para instalaciones de mesa. 100 cm para tomas de nevera. 50 cm para toma de estufas. 30 cm para teléfonos y televisores. 50 cm para instalaciones industriales.
6.3.1. Alumbrado y Tomas Generales El sistema de alumbrado consta de 7 luminarias repartidas en las habitaciones, baños y demás, donde, la potencia total es calculada teniendo en cuenta el cálculo por unidad realizado arriba.
Ahora, la corriente que consume el ramal
La potencia demandada para este sistema viene dada por
En donde la corriente demandada será
Ahora sumamos la corriente demandada para el circuito que incluye tomas generales e iluminarias
Para lo cual el calibre del conductor será 14 AWG y la protección para este ramal de 15 A según la tabla 310-16 y según tabla 210-24 de la NTC 2050 respectivamente.
6.4. Circuito de Lavandería y Planchado: Seg ún el A rt íc ul o 220 – 16. b) de la NTC 2050, se tiene qu e la potenc ia m ínim a para este circu ito ram al es de 1500 [VA] y un v oltaje nom inal de 120 [V], por tanto la co rriente de op eración del ram al es 12.5 [A] y al tom ar el criterio de la Sección 210 artículo 210 – 23. a), el cual menciona que para 11
circuitos entre 15 y 20 [A], no se deb erácar gar el ci rc ui to a m ás del
80 % de la capacidad nominal del ramal, concluimos que el 80 % de la capacid ad del ram al corr espo nde a 12.5 [A] y que la capacid ad m áxim a de co rriente a la cual debe o perar es de 15.625 [A], por tanto con base en la , determinamos que la protección de Tabla 210 – 24 de la NTC 2050 sobrecorriente para este circuito ramal es de 20 [A] y según la Tabla 310 – 16 de la NTC 2050 el calibre del conductor correspondiente a dicha protección será un calibre No. 12 AWG.
6.5. Circuitos para Baños: En los baños se tendrán dos circuitos ramales independientes, los cuales corresponden al circuito de la ducha y al de tomacorrientes generales. Los circ uito s de to m acorr iente para bañ os por pertenecer a zonas húm edas , según la NTC 2050 210 – 52 d), deben ser ins talados co n un dispositivo de protección diferencial – GFCI – y para nuestro caso pertenecen al c ircuito ramal de tom acorrientes generales.
7.
DIAGRAMA UNIFILAR
8.
DUCTOS
8.1. Número de conductores en una canalización (Tubo Conduit). Cuando el número de conductores que transporta corriente es mayor a tres en una canalización o en un ensamble (conductores aislados), la capacidad de conducción de corriente se reduce en un porcentaje como se indica en la notas de la tabla capacidad de corriente, Articulo 310 – 16 Norma NTC 2050 12
hasta 19; para el cual no se debe tener en cuenta el conductor de puesta a tierra de protección para estos factores. Dentro del circuito de la instalación, el caso más crítico de conductores portadores de corriente por una misma canalización no es mayor a cuatro, descritas entre fases de un mismo ramal, neutro y retornos de interruptores a bombillas. Si se calcula de acuerdo con el criterio expuesto en la Norma NTC 2050 , se cubrirán las demás zonas de los circuitos ramales de la vivienda, debido a que en las otras canalizaciones se tendrá igual o menor número de conductores activos o portadores de corriente. Como resultado, de acuerdo con los factores de corrección por agrupamiento, el factor correspondiente es el 80 %.
8.2. Corrección por Temperatura Ambiente: La capacidad de corriente de un conductor debe corregirse a la temperatura ambiente de la vivienda. Para un rango de temperatura entre 20 – 30 °C, el factor de corrección que corresponde es de 1 según la Norma NTC 2050 Tabla 310 – 16 .
8.3. Calculo del Calibre: Hasta ahora hay don factores definitivos para determinar el calibre del conductor en el circuito de instalaciones eléctricas residenciales: Por agrupamiento en una canalización igual al 80 % y por temperatura ambiente igual a 1. Ahora calculemos la capacidad de corriente de los conductores de acuerdo con los factores, de la siguiente manera: se obtiene la capacidad de corriente máxima para el conductor correspondiente al ramal que se quiere analizar, en primera instancia se tienen dos circuitos ramales con una protección de 15 [A].Para el primer caso obtenemos que:
Luego el calibre correspondiente a los circuitos ramales, según la Norma NTC 2050 Articulo 110 -14. c), es calibre No. 14 AWG.
8.4. Selección de la Tubería Conduit: Es necesario conocer la capacidad máxima de conductores que pueden ir dentro de una canalización, con el propósito de evitar inconvenientes como atascamiento, elevación en la temperatura, entre otros. Además se debe
13
cumplir con lo establecido en la Norma NTC 2050 Capitulo 9 Tabla 1, la cual indica la máxima ocupación de los tubos. Así de acuerdo con el criterio de ocupación o llenado dado por la Norma NTC 2050 Apéndice C Tabla 11, indica el número máximo de conductores según el tipo de aislamiento para tubo conduit rígido de PVC Tipo A. Así dependiendo de cada circuito y conociendo que cantidad de conductores comunican los elementos eléctricos en cada tramo, se define que tipo de tubería es necesaria para la debida ramificación residencial.
9.
ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO Y FALLA A TIERRA.
Se produce un cortocircuito en la instalación eléctrica, cuando entra en contacto, entre si o con tierra, dos conductores correspondientes a distintas fases sin que medie entre ambos una carga, produciendo el paso corrientes de cortocircuito, de manera casi instantánea y que normalmente son entre 5 y 20 veces el valor máximo de la corriente de carga en el punto de falla. Estas corrientes generan temperaturas tan altas que pueden fundir y destruir los conductores. Para la protección de la instalación eléctrica ante sobrecargas y cortocircuitos se utilizan los interruptores automáticos, ubicados exclusivamente en las fases de los tableros de distribución y que se pueden accionar en forma manual o automática. El poder de corte del interruptor automático será el adecuado en función de la máxima intensidad de cortocircuito que pueda producirse. La máxima intensidad de cortocircuito depende de la potencia y situación del transformador de alimentación. El caso más desfavorable se producirá cuando el transformador esté situado en el mismo edificio. Para el cálculo de las intensidades que origina un cortocircuito, se tendrá en cuenta la potencia de cortocircuito de la red, valor especificado por la Compañía suministradora. En nuestro caso, y basados en la Tabla 5 de la Norma RA7-060 de EEPP de Medellín, para un transformador de 50 [KVA], El valor máximo admisible de la tensión de cortocircuito a 85 °C es 3 %.
14
Tabla 2. Norma RA7-060 de EEPP
Luego, la corriente de cortocircuito simétrica máxima de la instalación, viene dada por la expresión:
Donde . . . .
Y la corriente de corto circuito asimétrica es: Donde (Factor que depende de la relación X/R en el punto de falla; Norma ANSI/IEEE Std. 141 - 1986 ).
Según esto, el poder de corte del interruptor general automático de la vivienda no puede ser inferior a 10 [KA]. Además, según la Tabla 2 , de la Norma RA8-011 de EEPP de Medellín, para una acometida calibre THW-AWG No.6 , se recomienda instalar como protección, elementos fusibles de 60 [A] y un contador tipo T1. 15
Tabla 3. Selección del contador según la norma RA8-011 de EPM
En la tabla anterior se puede ver que para un calibre 6 AWG correspondiente al presente proyecto corresponde un contador tipo T1 10.
CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTAS A TIERRA
El RETIE, establece que toda instalación eléctrica cubierta por el reglamento, debe disponer de un sistema de puesta a tierra (SPT). Los sistemas de puesta a tierra se realizan con el ánimo de que cualquier punto del interior o exterior, normalmente accesible a personas que puedan transitar o permanecer allí, no estén sometidos a tensiones de paso, de contacto o transferidas, que superen los umbrales de soportabilidad del ser humano cuando se presente una falla. Los criterios para realizar el sistema de puesta a tierra se muestran en el Artículo 15 del RETIE.
10.1. Selección del Conductor de Puesta a Tierra de Equipos De acuerdo con los resultados obtenidos para cada circuito ramal, la norma NTC 2050 determina en la tabla 250-95 el calibre mínimo de los conductores del sistema de puesta a tierra. 16
Para el circuito alimentador y de la estufa que tiene una protección contra sobrecorriente de 60 y 40 A respectivamente, según la tabla de la NTC, le corresponde un conductor calibre No 10 AWG de cobre, para los ramales 2, 5,6 se usara un conductor No 12 AWG y, para el ramal 1 se usara un No 14 AWG. Es importante recalcar que se deben aterrizar las cajas y demás elementos metálicos (ejemplo: carcazas), lo que implica un conductor de tierra de protección en cada canalización que las contenga, es decir, por el mismo ducto.
10.2. Selección del Conductor del Electrodo del Sistema de Puesta a Tierra De acuerdo al Artículo 250-94 de la Sección 250 de la NTC 2050, el calibre del conductor del electrodo de puesta a tierra de una instalación de CA no debe ser menor a lo especificado en la Tabla 250-94. A partir de lo anterior se establece que el calibre del conductor del electrodo del sistema de puesta a tierra es un No 8 de cobre. Además de lo anterior, los conductores de puesta a tierra de calibre menor a 6 AWG deben alojarse en tubo conduit metálico rígido, o metálico intermedio, o conduit rígido no metálico, o tubería eléctrica metálica o en cable blindado. 10.3. Electrodo del Sistema de Puesta a Tierra Son los elementos metálicos que se introducen en el terreno y que facilitan el paso al, o desde el suelo de cualquier carga eléctrica operando como el medio de contacto o empalme entre el sistema eléctrico y los equipos con la tierra física o el suelo. La sección 250 de la norma NTC 2050, parte H, describe las condiciones de instalación del electrodo de puesta a tierra. El artículo 250-81 describe la relación entre los distintos componentes metálicos de la edifi cación o estructura con los electrodos de puesta a tierra. El artículo 250-83c) establece la longitud mínima para electrodos de barras y tuberías de y una sección transversal dependiendo del material y forma del electrodo; así para barras de hierro o acero el diámetro mínimo es de para tubos o conductos el diámetro mínimo será de y para metales no ferrosos de . Además, el electrodo de puesta a tierra debe cumplir con los requerimientos citados en la norma NTC 2050 Artículos 250-81, 250-83 y 250-84. Para la instalación en cuestión, seleccionamos una varilla de cobre marca COPPERGROUND fabricada por Cobres de Colombia de 2,4 metros de longitud con de diámetro, lo anterior con el ánimo de cumplir la norma pero, buscando siempre la mayor economía para el usuario. El fabricante garantiza los requerimientos del RETIE y de la NTC 2050. Cabe mencionar que el RETIE establece que: Los fabricantes de electrodos de puesta a tierra deben garantizar que la resistencia a la corrosión de cada 17
electrodo, sea de mínimo 15 años contados a partir de la fecha de instalación, e informar al usuario si existe algún procedimiento específico que debe ser tenido en cuenta para su instalación. La unión entre el electrodo y el conductor de puesta a tierra se hará mediante soldadura exotérmica para evitar desacoplamiento por elevación de temperatura (Art. 15.3.1, literal f del RETIE). Asumiendo que para la instalación residencial en cuestión la resistividad del terreno es de 400 , la resistencia a tierra del electrodo puede calcularse como
Dónde: Resistividad del terreno Longitud del electrodo Radio del electrodo Obteniendo así . De acuerdo a la Tabla 25 del RETIE, para una acometida en baja tensión, el valor máximo de resistencia de puesta a tierra es de , lo que implica que la selección de la varilla cumple con los criterios pedidos en la NTC y en el RETIE.
CONCLUSIONES. Los cálculos de los elementos de toda la instalación se realizaron de acuerdo con los reglamentos técnicos colombianos (RETIE y NTC 2050) lo que garantiza la seguridad de las personas con base en el buen funcionamiento de las instalaciones, la fiabilidad y calidad de los productos, la compatibilidad de los equipos y su adecuada utilización, garantizando la seguridad de las personas, de la vida animal y vegetal y la preservación del medio ambiente; previniendo, minimizando o eliminando los riesgos de origen eléctrico dentro y cerca de la instalación residencial. Los calibres de los conductores de la acometida y los ramales se escogieron para soportar las corrientes máximas esperadas que circularán por ellos, se determinaron de tal manera que se obtenga un 18
funcionamiento óptimo de los circuitos a el menor costo económico posible.
Para la protección de sobretensiones, sobrecorrientes y cortocircuitos, se utilizan principalmente interruptores automáticos y fusibles, pudiendo utilizarse también la combinación de fusible-interruptor automático. La condición de protección es que el dispositivo de protección actúe, cortando la corriente de cortocircuito, antes de que la instalación resulte dañada por efecto térmico o electrodinámico. Los dispositivos de protección se sitúan en el origen de la instalación y en los puntos donde se produzca una reducción de la corriente admisible. Los dispositivos protegen la parte de la instalación situada a continuación de ellos, siguiendo el sentido de la alimentación. La función más importante de la puesta a tierra es la protección de las personas contra posibles contactos indirectos, con elementos que estén energizados. Es importante que para circuitos ramales que operen entre 15 y 20 [A], no se deberá cargar el circuito a más del 80 % de la capacidad nominal del ramal. Cuando el número de conductores que transporta corriente es mayor a tres en una canalización o en un ensamble, la capacidad de conducción de corriente se reduce en un porcentaje, por tanto es importante realizar una corrección con base al factor de agrupamiento y ambiente que presenta el circuito.
BIBLIOGRAFIA Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas Residenciales (RETIE). Edición actualizada Agosto de 2008. CIDET. Norma Técnica Colombiana (NTC 2050). Primera Actualización del 25 de noviembre de 1998. Código Eléctrico Nacional. Normas Empresas Públicas de Medellín (EPM). Recuerso web: http://www.epm.com.co/epm/institucional/serv_prove_normasenergia_1 .html 19
Carlos Mario Diez. Instalaciones Eléctricas. Universidad Nacional de Colombia.
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