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