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Estudio de carga para las Instalaciones Eléctricas.

Saludos.

Espero se encuentren muy bien estimados lectores, A continuación les comparto el más reciente escrito en Tecnología Eléctrica.

Si eres un lector habitual de este blog y te gusta su contenido quizás quieras y puedas contribuir para su mantenimiento.  No olvides marcar el botón (SEGUIR) en el Blog Gracias…

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A modo de Introducción.

Para comenzar con este escrito sobre el estudio de carga les pregunto qué haría usted si lo contratan para la ampliación de una instalación eléctrica y el propietario de la misma le solicita que conecte nuevos equipos y sistemas a la instalación eléctrica existente, ¿Qué es lo primero que debe realizar? ¿Cómo saber si se soportaran las nuevas cargas? Si dispone de un servicio de X cantidad de amperaje, ¿Podría añadir otra cantidad adicional de amperios de carga?

Para contestar estas preguntas se deben realizar otras primero: ¿Cuál es la mayor carga que puede admitir el sistema?

Para poder responder se debe determinar la capacidad de la instalación, debe tenerse en consideración la sección de los conductores, la potencia nominal de los elementos que forman parte de dicha instalación y el espacio para nuevos circuitos entre otras muchas cosas.

En este orden de ideas el estudio de carga, es sin lugar a duda lo más importante que se realiza en un proyecto eléctrico, sí no se conocen exactamente las necesidades de carga. Recordando siempre que la energía eléctrica es un medio para lograr satisfacer una necesidad o dar un mayor confort por medio de la transformación de la energía eléctrica bien sea en: Movimiento, luz, calor u otro.

Un buen servicio eléctrico sólo podrá ser dado, si se conocen bien las necesidades actuales y futuras de estos servicios. Cualquier esfuerzo por lograr un estudio completo y detallado de la carga es justificable, y por ello que se va a explicar en esta entrada del blog cómo se hace dicho estudio. 

Figura N°1: Electricista realizando mediciones.

Tomado de: https://www.caloryfrio.com/construccion-sostenible/hemeroteca-construccion-sostenible/estudios-carga-registrador-fluke-1735-ahorrar-energia-mejorar-seguridad-distribucion-electrica.html

Un correcto estudio presenta grandes ventajas, no sólo porque garantiza un buen funcionamiento de la instalación, sino que facilita la revisión y/o modificación de la misma, e igualmente facilita la labor del instalador, el cual puede rápidamente revisar si se ha ejecutado toda la instalación requerida. El trabajo a preparar para realizar u estudio de carga en la forma que se recomienda es indiscutiblemente laborioso, pero economiza mucho más tiempo del invertido en ello y permite conocer perfectamente la instalación.

Estudio de Carga:

Es una fuente de información de gran utilidad tanto para el proyectista como para los usuarios en lo que se refiere a seguridad, rendimiento y beneficios se refiere. Con el estudio de la carga instalada se puede determinar si el sistema de distribución eléctrica  puede admitir nuevas cargas, verificar la capacidad del sistema eléctrico y del cableado, distribuir correctamente la carga entre las  fases existentes, realizar un seguimiento del factor de potencia y calcular el consumo de energía antes y después de las mejoras para justificar de esta forma las medidas adoptadas para el ahorro de energía. Este estudio nos permite a través de una serie de mediciones de corrientes y tensiones, así como una serie de observaciones y verificaciones en una instalación para detallar las condiciones de la misma y obtener la demanda de energía que pueda tener un cliente, sea esta en el sector industrial, construcción, comercial, hotelero, hospitales, etc. Para el caso de instalaciones existentes.

Para el caso de instalaciones nuevas el Profesor Penissi plantea que con este se obtendrá:

“La Demanda de Diseño requerida para seleccionar las características del tablero, protección general y acometida eléctrica. En los apartes 9.1 al 9.4 se ha indicado como se determina el calibre de los conductores y protecciones de los circuitos ramales requeridos para los diferentes servicios. Para los fines de obtener la demanda de diseño y la carga total de iluminación, se hará el estudio por medio de los datos de puntos del plano o bien considerando el área total y la densidad de carga respectiva (la que sea más desfavorable). Posteriormente se considerará el factor de demanda correspondiente, afectando esto a las cargas de tomas de uso general. A esta demanda se le sumará la de los circuitos especiales, considerando los factores de demanda establecidos en el CEN” (Penissi; 2010)

Además de los señalados en su texto.  

Es decir este no es más que el “Desarrollo de un análisis técnico que se realiza a una instalación eléctrica mediante el cual se evalúa la carga instalada y las condiciones en dicha  instalación para el caso una existente y para una nueva instalación son las condiciones que establecen para su correcto funcionamiento y esta debe cumplir con lo siguiente, La instalación debe ser”:

·         Segura.

·         Eficiente.

·         Confiable.

Meléndez (20221)

Para determinar la capacidad de una instalación eléctrica se deben considerar:

·         Sección de los conductores que conforman la instalación desde la acometida hasta el último circuito ramal sean los adecuados y permitidos por la normativa.

·         Potencia nominal de las cargas en la instalación cumplen con la ampacidad de los conductores.

·         Disponibilidad en los conductores existente para nuevos circuitos y/o cargas.

·         Las canalizaciones cumplan con la normativa según el número de conductores que están alojados en ella.

·         Tableros con espacio para cargas de futuras ampliaciones.

·         Interruptores de protección sean los adecuados para la protección de los circuitos.

·         Número suficiente de circuitos con bastante capacidad.

·         Número suficiente de tomacorrientes e interruptores de pared y otras salidas, colocadas estratégicamente en el local para el control de luces y artefactos.

·         Canalizaciones sin alambres de reserva para circuitos.

·         Materiales apropiados sin uso previo o viejos, ya instalados conforme al Código Eléctrico del país donde se encuentra la instalación.

Además de otros factores a considerar.

Para lograr lo escrito anteriormente se deben realizar una serie de procedimientos, entre ellos:

·         Censo de cargas.

·         Calcular las potencias de las cargas en la instalación eléctrica.

·         Verificar la capacidad del sistema eléctrico.

·         Determinar si la instalación admite nuevas cargas.

·         Realizar la distribución de las cargas en los circuitos de la instalación.

·         Evaluar el factor de potencia.

Meléndez (2017)

1.    Censo de carga: Esto no es más que realizar un  hacer un listado de cada aparato eléctrico con su potencia eléctrica potencia en (W) o amperes (A) y la podremos encontrar en los datos de placa que cada equipo eléctrico. Esto para saber cuánto será (o es actualmente la carga instalada) el consumo eléctrico previsto contando con el total de artefactos que serán usados en la vivienda o negocio.

Tabla N°1: Agrupación de cargas.

 

Con la tabla que se presenta se pueden recabar los datos para la realización del censo. Así mismo, un censo general de carga se puede usar para ahorrar en el consumo eléctrico ya sea en casa, oficina o empresa. Con el podremos saber cuánto consume cada aparato eléctrico y cuanto puede aportar a nuestro recibo de energía eléctrica.

 

Esta labor se puede hacer de tres maneras diferentes:

 

·         Por placa de características o de identificación: En la parte de atrás de los equipos o en uno de los extremos o esquinas se encuentra una placa donde están registradas las características del equipo y entre ellas los datos eléctricos, voltios (V), amperios (A), caballos de fuerza (H.P.) y factor de potencia ó coseno Φ o directamente los kW. 

 

·         Por medición de tensión y corriente: Para el caso de no contar con la placa de característica, esté cubierta con pintura o no este en un lugar accesible, se miden los valores de corriente eléctrica y voltaje.  Estos datos se consideraran para determinar el valor en KW de consumo posteriormente.


·  Por tablas establecidas: También se podrían consultar las tablas predeterminadas por entes reguladores o fabricantes  que han establecido para cada electrodoméstico o por equipo eléctrico. 

 

Los censos de carga se utilizan para tres fines:

 

1.    Cuando se deben realizar diseños y cálculos de: acometidas, medidores y protecciones, así como los diseños de los circuitos de iluminación y fuerza.


2.    Cuando necesitamos el servicio eléctrico para un inmueble, con los KW que se requieren en iluminación y fuerza, solicitamos la carga que se requiere a la comercializadora de energía.

 

3.    El tercer uso es para estimar consumos que nos sean útiles en la vivienda o en la oficina para seleccionar las cuentas que se deben revisar para recuperar pérdidas y en el terreno también como herramienta de análisis en la detección de pérdidas y en la atención de reclamos por alto consumo.

Cabe destacar que esta información es necesaria a la hora de solicitar un permiso ya que las autoridades locales deben contar con esta antes de emitirlo para este tipo de modificaciones en las instalaciones eléctricas. Además, se necesita tener una comprensión detallada de las cargas actuales para poder evaluar cualquier sistema que planifique instalar posteriormente.

Revisar: https://estructurasdecargaelectrica.blogspot.com/2017/03/como-hacer-un-censo-general-de-carga.html

2. Calcular la potencia de las cargas en la instalación eléctrica.

Para poder obtener la potencia primero se deben considerar los valores obtenidos en el paso anterior (Censo) con lo cual se calcula la potencia instalada en la instalación, identificando las potencias de cada circuito que conforma la instalación, las potencias por fase y la total de la instalación.

3. Verificar la capacidad del sistema eléctrico: En este paso se deben revisar varios aspectos como:

a.- Tamaño de las canalizaciones: Acá se debe chequear que cada tramo de la canalización que conforma la instalación eléctrica y que esta cumpla con lo establecido en norma sobre el número de conductores en tubo y este sea del tipo exigido por norma, así como tener la posibilidad de ampliar la misma con tramos para su utilización y que el tamaño de las misma permita la inclusión de nuevos circuitos.

Figura N°2: Representación gráfica de la canalización con conductores.

Tomado de: https://www.centelsa.com/archivos/5344cd0e.pdf Pag.12 


Como se ve en la figura anterior la idea de esto es respetar en las  instalaciones eléctricas residenciales el Factor de relleno. Con esto se ayudará a preservar la seguridad mediante el uso adecuado de la canalización. Debemos recordar que “El Factor de relleno (Fr) es el porcentaje de área transversal disponible en la canalización, que se permite ocupar a la suma de las áreas de los conductores que van dentro”.

Actualmente en obras es muy común encontrar instalaciones donde la canalización instalada está saturada con conductores, es decir, no se ha respetado el Fr, lo que está en contra de lo establecido por las normas nacional del país donde usted reside. Al incumplir esto se crea una condición insegura para la instalación y sus usuarios.

b.- Protección: se debe verificar que la capacidad nominal de cada dispositivo no debe exceder la capacidad de conducción de corriente del conductor asociado a él.

Visitar: https://tecnologiaelectricaiut.blogspot.com/2020/04/generalidades-para-la-seleccion-de-las.html

c.- Conductor: en este caso se deben cotejar que las cargas conectadas al circuito ramal, así como los alimentadores y acometida no sean mayor en ningún caso a la capacidad de conducción del conductor asociado a él,  también si cumple con el código de colores según el CEN y además se debe identificar que el aislamiento del conductor este acorde con área y uso destinado del circuito ramal.

Es decir según el censo realizado se debe determinar cada corriente por circuito y comparar estos valores con las ampacidades de cada conductor eléctrico, así saber si está sub-dimensionado o sobre-dimensionado.  

Nota: La norma ANSI/IEEE C57.110-1986, recomienda que los equipos  de potencia que deben servir cargas no lineales como las Computadoras, deben  operar a no  más de un  80% su potencia Nominal; es decir, los sistemas deben ser Sobre-dimensionados a un 120% la potencia nominal que el sistema de cargas requiera.

         Visitar: https://tecnologiaelectricaiut.blogspot.com/2020/08/factores-que-influyen-en-la-seleccion.html

4. Considerar si se puede admitir nuevas cargas: Teniendo todos los datos anteriores se puede emitir un juicio si la instalación está en capacidad de recibir nuevas cargas, identificado los conductores de cada circuito ramal, canalización y si el tablero pueden recibir más cargas eléctricas.

Ejemplo: Se tiene un circuito ramal con 2 conductores N°12 AWG THW de cobre, dicho circuito está alojado en una tubería de ¾  en conjunto con 2 conductores mas y la corriente que circula por él es de 18 A. Como se sabe la corriente máxima que este tipo de conductor permite es de 25 A es decir tiene 7 A y la tubería según tabla puede permitir hasta 19 conductores en PVC o 16 en tubería metálica.

Calculo de corriente corregida por factor de agrupamiento:

La corriente de ampacidad del conductor descrito cambia por agrupamiento ya que en tabla se ve que a partir de 4 esta cambia. Para este caso por tener 4 conductores en la tubería la corriente se debe corregir de la siguiente manera.

Con este cálculo se puede ver que solo quedan 2 A de capacidad en el conductor (20 IC -18 A de la carga) y de alojar mas conductores por encima de 6 este factor cambiaria y su corriente también.   

Ver tablas: https://www.centelsa.com/archivos/5344cd0e.pdf

5. Distribución de las cargas: Para determinar si  la distribución de carga que presenta la instalación eléctrica está cumpliendo los parámetros técnicos mínimos esta se debe calcular y lo primero a realizar es verificar como está el desbalance de las potencias entre fases.

El desbalance entre las potencias no debe exceder 5%, de lo contrario se tendrá que realizar una redistribución de las cargas hasta que se pueda bajar ese valor porcentual. Para lograr esto se deben intercambiar las cargas conectadas en los circuitos ramales entre las fases hasta alcanzar la disminución del desbalance.

·         Para calcular el porcentaje del desequilibrio de corriente:

A. Sumar los valores del amperaje de las que conforman la instalación.

B. Dividir la suma entre en número de líneas que posee la instalación, dando como resultado la corriente promedio.

C. Tomar el valor de amperaje que esté más alejado de la corriente promedio (alto o bajo).

D. Determinar la diferencia entre este valor de amperaje (el más alejado del promedio) y el promedio.

E. Dividir la diferencia entre el promedio. Multiplicar el resultado por 100 para determinar el porcentaje de desequilibrio.

El desequilibrio de corriente no debe exceder de 5% de la carga. Este desequilibrio debe ser corregido al realizar una redistribución de cargas en el tablero o en su defecto localizando cargas móviles puntuales y redistribuirlas en otro circuito.  

6. Evaluar el factor de potencia (F.P): Desde el punto de vista estrictamente técnico, una instalación eléctrica residencial correctamente dimensionada puede funcionar con normalidad incluso en presencia de un bajo F.P; por este motivo, no existen normas que indiquen el valor exacto del factor de potencia que debe tener una instalación eléctrica.

Sin embargo, evaluar el valor del F.P para una instalación eléctrica de mayor envergadura como una comercial y una industrial es factible realizarla porque representaría obtener ventajas técnicas y económicas; de hecho, gestionar una instalación con un bajo F.P implicaría un incremento de los costes para el distribuidor de energía eléctrica, que, consecuentemente, aplica un sistema de tarifas que sanciona el uso de la energía con bajos factores de potencia.

Para culminar se de be con todos estos datos recabados dar el juicio del estado de la instalación. En este se debe indicar si se cumple con las ampacidades en los circuitos, si las protecciones están bien seleccionadas, el numero de circuitos es adecuado, como esta el desbalance de corriente en fases, entre otros puntos que se deben indicar. 

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 Referencias: 

Penissi, Oswaldo. Canalizaciones Eléctricas Residenciales, Valencia: Edición del Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico, Universidad de Carabobo. 2010.

Referencias Electrónicas:

https://franklinelinkmx.wordpress.com/2014/01/16/desequilibrio-en-el-suministro-trifasico/

https://instalacioneselctricasresidenciales.blogspot.com/2013/05/el-factor-de-relleno-parte-i.html#:~:text=El%20Factor%20de%20relleno%20(Fr,los%20conductores%20que%20van%20dentro.

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=3228&xit=guia-sobre-estudios-de-carga-de-30-dias-con-registradores-de-potencia-y-energia

https://www.fluke.com/es-ve/informacion/blog/electrica/estudios-de-carga-durante-30-dias-con-el-registrador-fluke-1735#:~:text=El%20registrador%20Fluke%201735%2C%20compacto,varios%20conductores%20o%20barras%20colectoras.&text=Mide%20la%20tensi%C3%B3n%20en%20las,tres%20fases%20y%20el%20neutro.

https://www.ac-cc.com/estudios-carga-electrica

https://enerfigente.wordpress.com/2013/11/28/los-estudios-de-carga-ahorro-de-energia-y-mejora-de-la-distribucion/

Cálculos del Sistema eléctrico (Caso: Laboratorio de Alta Tensión)

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